内燃機関の制御装置
【課題】昇圧能力は低減させずに、最大電流値の低減と定電流化を実現した内燃機関の制御装置を提供する。
【解決手段】バッテリ電源ＶＢの電圧を昇圧する昇圧コイル１０１と、該昇圧コイル１０１への通電及び通電停止の切替えを行う昇圧スイッチ素子１０６と、昇圧スイッチ素子１０６に流れる電流を検出する電流検出手段１２６と、を備え、スイッチ素子の切替えを繰返すことにより昇圧制御をし、昇圧コイル１０１で昇圧された電圧をダイオード１０４を介して昇圧コンデンサ１０３に充電する内燃機関の制御装置１００であって、制御装置１００は、昇圧制御において、検出された電流が、スイッチング停止電流値に到達したときに、昇圧スイッチ素子１０６に、昇圧コイル１０１への通電停止をさせ、通電停止の時点から所定の設定時間Ｔｄｏｗｎの経過後に、スイッチ素子１０６に、昇圧コイル１０６への通電をさせる。
【解決手段】バッテリ電源ＶＢの電圧を昇圧する昇圧コイル１０１と、該昇圧コイル１０１への通電及び通電停止の切替えを行う昇圧スイッチ素子１０６と、昇圧スイッチ素子１０６に流れる電流を検出する電流検出手段１２６と、を備え、スイッチ素子の切替えを繰返すことにより昇圧制御をし、昇圧コイル１０１で昇圧された電圧をダイオード１０４を介して昇圧コンデンサ１０３に充電する内燃機関の制御装置１００であって、制御装置１００は、昇圧制御において、検出された電流が、スイッチング停止電流値に到達したときに、昇圧スイッチ素子１０６に、昇圧コイル１０１への通電停止をさせ、通電停止の時点から所定の設定時間Ｔｄｏｗｎの経過後に、スイッチ素子１０６に、昇圧コイル１０６への通電をさせる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の制御装置に関し、特に、車両用内燃機関の気筒内直接噴射型インジェクタのための電源装置等、バッテリ電源の電圧を昇圧した高電圧を用いて負荷を駆動することに用いられるに好適な内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガソリンや軽油等を燃料とする内燃機関として、燃費向上を図るため、圧縮行程時に気筒内に燃料をインジェクタ（燃料噴射弁）によって、直接噴射する気筒内直接噴射方式の内燃機関が知られている。気筒内直接噴射方式の内燃機関では、微粒化した燃料が点火プラグの周辺にのみ存在して燃焼を成立し、その周辺の空気はシリンダ壁との断熱、燃焼時のエネルギによる熱膨張よるピストン押し下げの役割を果す成層燃焼を実現でき、吸気行程時に燃料を噴射する「ポート噴射」と「予混合燃焼式」の組み合わせによる内燃機関に比べ、熱損失の低減を図ることができ、結果として省燃費となる。
【０００３】
気筒内直接噴射を行う方式の内燃機関の場合、圧縮過時程に燃料をインジェクタより噴射するため、高圧に加圧された燃料を使用する必要があり、燃料圧力の高圧化に伴いインジェクタの開弁動作に高いエネルギを要する。また、制御応答性を向上させ、高速回転に対応するためには、この高いエネルギを短時間にインジェクタに供給する必要がある。
【０００４】
気筒内直接噴射方式（直噴インジェクタ）の電源回路の従来例を、図１５を参照して説明する。電源回路は、バッテリ電源１の電圧ＶＢよりも高い電圧Ｖｂｓｔに昇圧する昇圧回路１０を有し、当該昇圧回路１０が発生する昇圧電圧Ｖｂｓｔによりインジェクタ３への通電電流を短時間に上昇させる方式を採用している（例えば、特許文献１、２参照）。
【０００５】
代表的な直噴インジェクタの電流波形は、図１６に示すインジェクタ電流Ａｉｎｊである。インジェクタ電流Ａｉｎｊは、通電初期のピーク電流通電期間ｔ１に、昇圧電圧Ｖｂｓｔを使って予め定められたピーク電流ａ１まで短時間に上昇する。このピーク電流ａ１は、吸気行程時に空気と燃料の混合気体をシリンダ内に導入する方式の場合と比較して、５〜２０倍程度大きいものである。
【０００６】
ピーク電流通電期間ｔ１終了後、インジェクタ３の電源電圧は、昇圧電圧Ｖｂｓｔからバッテリ電源電圧ＶＢへ移行し、インジェクタ電流Ａｉｎｊはピーク電流ａ１の１／２〜１／３程度の保持電流ａ２に低下する。その後、インジェクタ電流Ａｉｎｊは、更に、保持電流ａ２の２／３〜１／２程度の保持電流ａ３になる。
【０００７】
インジェクタ３は、ピーク電流ａ１と保持電流ａ２によって開弁し、燃料を気筒内に噴射する。ピーク電流ａ１から保持電流ａ２へ移行する時間は、インジェクタ３の磁気回路特性や燃料噴霧特性、インジェクタ３に燃料を供給するコモンレールの燃料圧力、内燃機関に要求された動力によって決まる。
【０００８】
省燃費を図るためには、燃料噴射量を精密に制御する必要がある。このことに対して、インジェクタ３の閉弁が速やかに行われるべく、インジェクタ電流Ａｉｎｊの通電電流下降期間ｔ２を短縮し、インジェクタ電流Ａｉｎｊを速やかに降下させる必要がある。更に、ピーク電流ａ１から保持電流ａ２へ移行する過程や、保持電流ａ２からそれより小さい保持電流ａ３へ移行する過程でも、短時間に電流を降下させる必要がある。
【０００９】
しかし、インジェクタ３には、インジェクタ電流Ａｉｎｊが流れていることで高いエネルギが蓄積されており、電流を下降させるには、このエネルギをインジェクタ３から消滅させることが必要である。これを短時間の通電電流下降期間ｔ２内で実現させるために、インジェクタ３の駆動回路４の駆動素子でツェナーダイオード効果を使用してエネルギを熱エネルギに変換する方式や、インジェクタ電流Ａｉｎｊを電流回生ダイオード８を通じて、昇圧回路１０の昇圧コンデンサ１３に回生させる方式等、様々な方式が従来より取られている。
【００１０】
熱エネルギに変換する方式では、駆動回路４を簡略化することができるが、インジェクタ３の通電エネルギを熱エネルギに変換させるので、大電流の駆動回路には適していない。これに対し、昇圧コンデンサ１３に回生させる方式では、インジェクタ３に大電流を流しても駆動回路４の発熱を比較的抑えることができ、当該方式は、インジェクタ３への通電電流が大きい軽油を使用する直噴インジェクタを使用した内燃機関（「コモンレール式エンジン」と呼ばれることもある）や、燃料にガソリンを使用する気筒内直接噴射型インジェクタを使用した内燃機関でも広く使用される。
【００１１】
これらの用途で使用される昇圧回路１０は、駆動回路４が昇圧電圧Ｖｂｓｔを使ってインジェクタ３に対しインジェクタ電流Ａｉｎｊの通電を行う。その結果、図１６に示すように、昇圧電圧Ｖｂｓｔが昇圧開始電圧ｂ１以下に低下したことを電圧検出部２１が検出すると、昇圧制御部２９が昇圧動作を開始する。昇圧動作を開始すると、昇圧制御部２９は、昇圧スイッチ素子１６を通電させるための昇圧制御信号（ｃ）をローからハイにする。これにより、昇圧コイル１１にバッテリ電源１から電流が流れ、昇圧コイル１１にエネルギが蓄積される。昇圧コイル１１に流れる電流は、シャント抵抗通電電流Ａｓｈｕとしてシャント抵抗素子（昇圧スイッチング電流検出抵抗素子）１２によって電圧に変換され、電流検出回路２６によって検出される。
【００１２】
シャント抵抗通電電流Ａｓｈｕが所定のスイッチング停止電流ｅ１に到達すると、昇圧制御部２９は、昇圧スイッチ素子１６の開閉を制御する昇圧制御信号（ｃ）をハイからローにし、シャント抵抗通電電流Ａｓｈｕを遮断する。これにより、昇圧コイル１１に流れている電流は、昇圧スイッチ素子１６を経由して電源グランドへ流れることができなくなり、昇圧コイル１１のインダクタンス成分によって蓄えられたエネルギは高電圧を発生する。
【００１３】
そして、この電圧が、昇圧コンデンサ１３に蓄えられた昇圧電圧Ｖｂｓｔと充電ダイオード１４の順方向電圧を加えた電圧より高くなると、昇圧コイル１１に蓄えられたエネルギが、充電ダイオード１４を経由して充電電流Ａｃｈａとして昇圧コンデンサ１３に移行する。
【００１４】
この際、充電電流Ａｃｈａは、昇圧スイッチ素子１６が遮断する直前に昇圧コイル１１に流れていたスイッチング停止電流ｅ１から、昇圧コンデンサ１３へのエネルギ移行に伴って急速に減少する。
【００１５】
昇圧電圧Ｖｂｓｔを検出する電圧検出部２１が、上記の動作により上昇した昇圧電圧Ｖｂｓｔが所定の昇圧停止電圧ｂ２に満たないことを検出する場合には、昇圧制御部２９は、充電電流Ａｃｈａを検出することなく、予め定められた昇圧スイッチング周期（一定のパルス幅）ｔ４に従って、昇圧スイッチ素子１６を通電させるために昇圧制御信号（ｃ）をローからハイにする。この動作は、昇圧電圧が所定の昇圧停止電圧ｂ２になるまでの昇圧復帰期間ｔ３に従って繰り返される。
【００１６】
以上のように、シャント抵抗通電電流Ａｓｈｕを検出して、所定のスイッチング停止電流ｅ１以上にならないように制御する昇圧回路１０は、シャント抵抗通電電流Ａｓｈｕを検出せずに、予め決められた時間（昇圧制御信号（ｃ）をローからハイにする期間を一定時間とした周期）によって制御する昇圧回路に比べ、シャント抵抗通電電流Ａｓｈｕを低く抑えることができる。これにより、昇圧スイッチ素子１６、昇圧コイル１１、充電ダイオード１４からの発熱を最小限に抑えることができる。
【００１７】
また、昇圧スイッチ素子１６の上流側の電流をモニタし、当該電流が所定の電流値まで降下すると、昇圧制御部２９が、昇圧スイッチ素子１６の開閉を制御する昇圧制御信号（ｃ）をローからハイに切替えるよう構成された電源回路が提案されている（例えば、特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１８】
【特許文献１】特開２００１−５５９４８号公報
【特許文献２】特開２００９−２２１３９号公報
【特許文献３】特開２００５−３４４６０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
ところで、気筒内直接噴射型インジェクタを採用する場合には、電源回路に昇圧回路が用いられるのが一般的であるが、昇圧回路は、吸気行程時に空気と燃料の混合気体をシリンダ内に導入する方式と比較して、５〜２０倍程度大きな電流を扱うことになり、回路全体の温度上昇を伴う電子部品の寿命低減、ノイズの増大、要放熱構造となり、コストアップに繋がる。
【００２０】
また、図１５に示す電源回路であっても、昇圧スイッチング周期ｔ４により昇圧制御を行うが、昇圧スイッチ素子の遮断された時点（昇圧コイルに通電される電流の下降開始）から、通電を開始する（昇圧コイルに通電される電流の上昇開始）までの時間に基づく制御ではないため、上に示す課題を充分に解決できるとはいえない。
【００２１】
また、特許文献３に記載の電源回路では、電流の下限値を検出すべく、昇圧スイッチ素子１６の上流側の電流を検出する回路が必要となり、且つその検出回路や昇圧制御部２９は、電源電圧から昇圧電圧Ｖｂｓｔの高電圧に対応する必要があり、耐圧や検出精度を考慮する必要が生じる。
【００２２】
本発明は、前記解決しようとする課題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、昇圧能力は低減させずに、最大電流値の低減と定電流化を安価に実現することができる内燃機関の制御装置を提供することにある。
【００２３】
加えて、昇圧回路の定電流制御方式を成立させるため、昇圧スイッチ素子のばらつきや昇圧起動時の電流立下り傾き等の不安条件下で大電流が流れた場合でも、安定した昇圧動作を保証し、また、過電流発生時にも素子破壊を回避する保護回路を含む内燃機関の制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
前記目的を達成するために、本発明による内燃機関の制御装置は、バッテリ電源の電圧を昇圧する昇圧コイルと、該昇圧コイルへの通電及び通電停止の切替えを行う昇圧スイッチ素子と、該昇圧スイッチ素子に流れる電流を検出する電流検出手段と、を備え、前記スイッチ素子の切替えを繰返すことにより昇圧制御をし、前記昇圧コイルで昇圧された電圧をダイオードを介して昇圧コンデンサに充電する内燃機関の制御装置であって、該制御装置は、前記昇圧制御において、前記検出された電流が、スイッチング停止電流値に到達したときに、前記昇圧スイッチ素子に、前記昇圧コイルへの通電停止をさせ、該通電停止の時点から所定の設定時間経過後に、前記昇圧スイッチ素子に、前記昇圧コイルへの通電をさせることを特徴とするものである。
【００２５】
本発明によれば、バッテリ電源から、昇圧スイッチ素子を通電することで、昇圧コイルにスイッチング電流を通電し、該スイッチング電流が予め設定されたスイッチング停止電流値に到達したことを検出することにより、該昇圧スイッチ素子の通電を停止させることで、該スイッチング電流を下降させる時に、該昇圧コイルに発生する高電圧を、充電ダイオードを通して昇圧コンデンサに充電するといった一連の昇圧動作を繰り返し実行することができる。
【００２６】
そして、昇圧制御中の通電停止の時点からの経過時間（電流立下り時間）を定めた時間制御により、昇圧コイルに流れる電流の下降する量を制御することができ、例えば零アンペアまで降下せずに、予め設定した電流値範囲で昇圧動作を繰り返し実行することができる。
【００２７】
また、昇圧回路中に流れる電流の下限値を時間で管理することにより、電源電圧から昇圧電圧の高電圧部分の電流検出回路を必要とする電流検出方式とは異なり、このような昇圧コイル上流側の高圧部分に流れる電流の下限値の検出回路の追加を必要とせずに、安価に昇圧制御を行うことができる。
【００２８】
本発明に係る内燃機関の制御装置は、前記スイッチング停止電流値を変更する切替スイッチを備えることがより好ましい。
【００２９】
また、本発明に係る内燃機関の制御装置は、設定時間を変更する設定時間変更手段を備え、前記設定時間変更手段は、前記設定時間を、前記通電停止の時点から前記昇圧コイルに流れる電流を零アンペアまで降下させない（所定の目標電流値に収まるように下降させる）第一の設定時間に設定する第一の時間設定手段と、前記設定時間を、前記通電停止の時点から前記昇圧コイルに流れる電流を零アンペアまで降下させる第二の設定時間に設定する第二の時間設定手段と、前記第一の設定時間と第二の設定時間を切替える時間切替手段と、備えることがより好ましい。
【００３０】
別の態様では、本発明に係る内燃機関の制御装置は、前記設定時間変更手段が、低周波クロック信号又は高周波クロック信号に基づいて、前記設定時間を変更することがより好ましい。これにより、昇圧スイッチ素子の駆動周波数を可変に設定できる。
【００３１】
さらに、本発明に係る内燃機関の制御装置は、前記昇圧コイルで昇圧された電圧を検出する電圧検出手段を備え、前記検出された電圧が低下して、所定の昇圧開始電圧に到達したときに、前記昇圧制御を開始し、前記検出電圧が上昇して、所定の昇圧停止電圧に到達したときに、前記昇圧制御を終了することが好ましく、前記昇圧停止電圧の値を変更する電圧切替えスイッチを備えることがより好ましい。
【００３２】
このように、本発明によれば、昇圧回路中に流れる電流の下限値を０Ａまで降下させないことにより、昇圧回路を流れる電流の上限値と下限値の電流値の差を最小限に抑え、昇圧回路を流れる電流の単位時間当たりの電流値変化を最小限に抑えることができる。この場合、ある程度の自由度を持たせるために、昇圧制御回路の仕様は、昇圧スイッチ素子のスイッチング周波数とオン時間を可変とし、昇圧電圧値、電流波形を任意に設定できるものであり、昇圧制御回路の外部からその設定を行うことができる。
【００３３】
本発明に係る内燃機関の制御装置は、昇圧スイッチ素子が複数個並列に接続されていることがより好ましく、これにより、昇圧スイッチ素子に流れる電流量を分配することができる。
【００３４】
本発明に係る内燃機関の制御装置は、前記検出された電流に基づいて、前記昇圧スイッチ素子の切替えをすることにより、前記昇圧コイルに流れる電流を制限する制限保護回路を有することがより好ましく、前記保護回路は、前記検出された電流に基づいて、前記昇圧用コイルに流れる電流が過電流であることを検出する過電流検出回路を備え、該過電流検出回路の検出結果に基づいて、前記昇圧スイッチ素子の切替えを制御することが好ましい。さらに、前記過電流検出回路が、過電流を検出した場合には、前記時間切替手段が、前記第一の設定時間から、第二の設定時間に、前記設定時間を切替えることがより好ましい。
【００３５】
また、本発明に係る内燃機関の制御装置は、前記検出された電流が、前記スイッチング停止電流値に到達したことを検出する検出回路と、該検出回路の出力信号及び前記過電流検出回路の出力信号に基づいて、前記設定時間の切替の判定を行う切替判定回路と、前記検出回路から前記切替判定回路に入力される前記出力信号の入力タイミングを、所定時間遅らせて、前記切替判定回路に入力するウェイト時間生成回路と、を備え、前記切替判定回路の判定結果に基づいて、前記時間切替手段が、前記設定時間の切替を行うことがより好ましい。
【００３６】
本発明による内燃機関の制御装置は、加えて、従来から知られている電流検出回路に過電流検出保護回路を追加することで、昇圧スイッチ素子のばらつき等の不安定条件下で大電流が発生した場合には、昇圧スイッチ素子の駆動信号のオフ時間を切り替え、昇圧スイッチ素子に流れる電流を低減させることができる。
【００３７】
また、発明に係る内燃機関の制御装置は、前記過電流を検出した際に、該制御装置が異常である信号を出力する診断手段を備えてもよい。
【００３８】
また、本発明による内燃機関の制御装置は、前記昇圧スイッチ素子と、該昇圧スイッチ素子の前記切替えを行うためのパルス状の出力信号を生成する駆動信号生成回路と、の間に、発熱抑制用のスイッチ素子をさらに備えることがより好ましい。発明によれば、昇圧スイッチ素子の上流にスイッチ素子を挿入することで、昇圧スイッチ素子の発熱を抑制することができる。
【００３９】
また、本発明による内燃機関の制御装置は、前記駆動信号生成回路の出力信号を反転又は非反転に切替える切替回路を有することがより好ましく、前記駆動信号生成回路の出力信号を、前記出力信号の切替タイミングで、プルアップもしくはプルダウンさせることがより好ましい。
【発明の効果】
【００４０】
本発明による内燃機関の制御装置によれば、駆動電流の最大値を低減することによって、従来よりも昇圧回路の発熱を低減することができると共に、単位時間当たりの電流値変化量を低減することにより、ノイズの発生頻度を抑制することができる。昇圧回路中に流れる電流の下限値を時間で管理することにより、電源電圧から昇圧電圧の高電圧部分の電流検出回路を必要とする電流検出方式とは異なり、このような昇圧コイル上流側の高圧部分に流れる電流の下限値の検出回路の追加を必要としない。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明による内燃機関の制御装置（昇圧電源装置）の実施例１〜４を総括して示すブロック図。
【図２】実施例１による昇圧電源装置の作用を示すタイムチャート。
【図３】図１に示す昇圧コイル電流の波形の部分拡大図。
【図４】実施例２による昇圧電源装置の作用を示すタイムチャート。
【図５】実施例３による昇圧電源装置の作用を示すタイムチャート。
【図６】実施例４による昇圧電源装置の作用を示すタイムチャート。
【図７】本発明による内燃機関の制御装置（昇圧電源装置）の実施例５を示すブロック図。
【図８】実施例５による昇圧電源装置の作用を示すタイムチャート。
【図９】本発明による内燃機関の制御装置（昇圧電源装置）の実施例６を示すブロック図。
【図１０】実施例６による昇圧電源装置の作用を示すタイムチャート。
【図１１】実施例６による昇圧電源装置の作用を示すタイムチャート。
【図１２】実施例６による昇圧電源装置の作用を示すタイムチャート。
【図１３】本発明による内燃機関の制御装置（昇圧電源装置）の実施例７を示すブロック図。
【図１４】実施例７による昇圧電源装置の作用を示すタイムチャート。
【図１５】内燃機関の制御装置（昇圧電源装置）の従来例を示すブロック図。
【図１６】従来例の内燃機関の制御装置（昇圧電源装置）の作用を示すタイムチャート。
【発明を実施するための形態】
【００４２】
本発明による内燃機関の制御装置（昇圧電源装置）の実施形態を、図を参照して説明する。
（実施例１）
本発明による内燃機関の制御装置（昇圧電源装置）を定電流昇圧方式のインジェクタ用電源回路として適用した実施例１を図１、図２、及び図３を用いて説明する。
【００４３】
図１に示されているように、本実施例による昇圧電源装置は、バッテリ電源１とその電源グランド２によって電源供給を受ける昇圧回路１００を有する。インジェクタ３の駆動回路４は、昇圧回路１００で高電圧に昇圧された昇圧電圧Ｖｂｓｔを使ってインジェクタ３を駆動する。
【００４４】
昇圧回路１００は、バッテリ電源１の電圧ＶＢを昇圧するためのインダクタンス成分を持った昇圧コイル１０１を有する。昇圧コイル１０１は、昇圧制御信号（ｃ）によりオン・オフする昇圧スイッチ素子１０６により通電／遮断される。すなわち、昇圧スイッチ素子１０６は、昇圧コイル１０１への通電及び通電停止の切替えを行うものである。昇圧スイッチ素子１０６をマイナスサージから保護するために、寄生ダイオード１０５が昇圧スイッチ素子１０６と並列に存在する。
【００４５】
昇圧回路１００は、昇圧コイル１０１から昇圧スイッチ素子１０６に流れる電流（シャント抵抗通電電流Ａｓｈｕ）を検出するシャント抵抗素子１０２と、昇圧スイッチ素子１０６を遮断することによって昇圧コイル１０１に蓄えられたエネルギが発生させる高電圧を昇圧コンデンサ１０３に充電させる回路と、昇圧コンデンサ１０３からバッテリ電源１への逆流を防止する充電ダイオード１０４とを有する。
【００４６】
更に、昇圧回路１００は昇圧制御回路１２０を有する。昇圧制御回路１２０は、昇圧制御部１２９と、昇圧制御タイミング生成部（設定時間変更手段）１２２と、電圧検出部（電圧検出手段）１２１と、電流モニタ回路（電流検出手段）１２６から構成されている。
【００４７】
ここで、電圧検出部（電圧検出手段）１２１は、昇圧コイル１０１で昇圧された電圧Ｖｂｓｔを分圧抵抗１０７を介して分圧した電圧Ｖｓを検出するものである。また、電流検出回路（電流検出手段）１２６は、昇圧スイッチ素子１０６に流れる電流を検出するものであり、具体的には、シャント抵抗素子１０２に流れる電流を検出している。
【００４８】
制御回路５は、低周波発振器６により生成される昇圧基本クロックと、高周波発振器７により生成される高周波クロック信号を入力し、昇圧制御タイミング生成部（昇圧タイミング制御回路）１２２へ信号を出力する。
【００４９】
通常の昇圧動作は、駆動回路４が昇圧電圧Ｖｂｓｔの印加によってインジェクタ３に対しインジェクタ電流Ａｉｎｊの通電を行う。昇圧電圧Ｖｂｓｔが昇圧開始電圧ｂ１以下に低下したことを電圧検出部１２１が検出すると、昇圧制御部１２９が昇圧動作（昇圧制御）を開始する。昇圧動作開始後、昇圧制御部１２９は、昇圧スイッチ素子１０６を通電させるための昇圧制御信号（ｃ）をローからハイにする。これにより、昇圧コイル１０１にバッテリ電源１から電流が流れ、昇圧コイル１０１にエネルギが蓄積される。
【００５０】
昇圧コイル１０１に流れる電流はシャント抵抗素子１０２を流れる。この電流は、電流モニタ回路１２６によって電圧に変換され、電圧値による電流信号（ｐ）として比較器１３１に入力される。比較器１３１は、基準電圧（スイッチング停止電流値）と電流信号（ｐ）とを比較し、電流信号（ｐ）が基準電圧未満の場合にはハイ信号を昇圧制御部１２９に出力し、電流信号（ｐ）が基準電圧以上の（検出された電流が、スイッチング停止電流値に到達した）場合にはロー信号を昇圧制御部１２９に出力する。これにより、昇圧制御部１２９が、昇圧スイッチ素子１０２に、前記昇圧コイルへの通電停止をさせる。
【００５１】
比較器１３１の基準電圧は、閾値切替スイッチ１２７によって電圧レベルを変更することが可能である。これにより、スイッチング停止電流の値を変更することが可能である。
【００５２】
具体的には、図２に示されているように、比較器１３１の基準電圧を第一電圧閾値から第二電圧閾値に切り替える（すなわちスイッチング停止電流値（電流閾値）を切替える）と、電流信号（ｐ）の上限値は、第一の電流信号上限値ｐ１から第二の電流信号上限値ｐ２へ変化する。
【００５３】
これに伴い、昇圧コイル電流Ａｃｏｌの上限値も変化し、第一電圧閾値における昇圧コイル電流上限値ｄ２は、閾値切替スイッチ１２７を切り替えることによって、第二電圧閾値における昇圧コイル電流上限値ｄ４へ変化する。第一電圧閾値における昇圧コイル電流下限値ｄ１と第二電圧閾値における昇圧コイル電流下限値ｄ３も同じく、昇圧時の昇圧コイル電流Ａｃｏｌの振幅は保持されるため、両者は上位にシフトする。また、同じく、昇圧スイッチ素子１０６の電流Ａｓｗの上限値もｆ１からｆ２に変化する。
【００５４】
閾値切替スイッチ１２７による電圧閾値切り替えは、制御回路５からスイッチ切替信号（ｇ）を入力することにより、外部信号より行うことが可能になっている。
【００５５】
昇圧制御における昇圧コイル電流Ａｃｏｌの立下りは、時間で管理する場合と、電流で管理する場合とがある。
【００５６】
時間管理の場合は、図３に示すように、昇圧コイル電流Ａｃｏｌが昇圧コイル電流上限値に到達した後（スイッチ素子電流Ａｓｗ（検出された電流）が所定の値に到達した後）、昇圧制御部１２９が昇圧制御信号（ｃ）をハイからローに切り替えることにより、昇圧スイッチ素子１０６がオフ状態（通電停止状態）になり、昇圧コイル電流Ａｃｏｌが降下を始める。このとき、通電停止の時点（タイミング）からの経過時間を設定する（設定時間Ｔｄｏｗｎを設定する）。この設定時間Ｔｄｏｗｎは、通電停止後の昇圧コイル電流Ａｃｏｌに流れる電流の立下り特性により予め設定された時間である。この立下りの電流特性は、電流立下りの時間変化であり、通電停止後に所定の目標となる電流値まで立ち下がる時間であり、実験又は解析等により予め定めることができる。そして、昇圧制御タイミング生成部１２２の第一カウンタ１２３により通電停止の時点から予め設定した時間（所定の設定時間）Ｔｄｏｗｎがカウントされ、この所定の設定時間Ｔｄｏｗｎが経過すると、再び、昇圧制御信号（ｃ）をローからハイに切り替え、昇圧スイッチ素子１０６をオンさせる（昇圧スイッチ素子に昇圧コイルへの通電をさせる）ように、時間で管理する。このような時間管理のもと、昇圧制御部１２９から出力される昇圧制御信号（ｃ）により、昇圧スイッチ素子１０６に、昇圧コイル１０６への通電及び通電停止の切替えを繰返しさせる昇圧制御を行うことにより、連続的に昇圧動作を繰り返し実行できることが可能となる。この降下時間（設定時間）は可変であり、昇圧コイル電流下限値ｄ１あるいはｄ３が０Ａまで降下しない範囲で時間の変更が可能である。
【００５７】
これにより、昇圧回路１００を流れる電流の上限値と下限値の電流値の差を最小限に抑え、昇圧回路１００を流れる電流の単位時間当たりの電流値変化を最小限に抑えることができる。
【００５８】
また、昇圧制御時における通電停止の時点からの時間Ｔｄｏｗｎを設定し、これにより、昇圧回路中に流れる電流の下限値（昇圧コイル電流Ａｃｏｌの立下り）を設定時間Ｔｄｏｗｎで管理することで、昇圧コイル１０６に流れる昇圧コイル電流Ａｃｏｌを制御することができる。さらには、電源電圧から昇圧電圧の高電圧部分の電流検出回路を必要とする電流検出方式とは異なり、昇圧スイッチ素子１０６の上流側に流れる電流の下限値を検出する検出回路の追加を必要としない。
【００５９】
電流管理の場合は、昇圧コイル電流Ａｃｏｌの電流値をモニタする手法と同じ手法を用いて、昇圧コイル電流Ａｃｏｌをスイッチ素子１０６の上流でモニタすることにより、予め設定した昇圧コイル電流下限値ｄ１あるいはｄ３まで昇圧コイル電流Ａｃｏｌが降下したことを検出すると、再び昇圧制御信号（ｃ）をローからハイに切り替え、昇圧スイッチ素子１０６をオンすることで、この場合も連続して、昇圧動作を繰り返し実行するような昇圧制御を行うことが可能となる。
【００６０】
（実施例２）
実施例２では、昇圧電源装置が、図４に示されているように、昇圧制御タイミング生成部（設定時間変更手段）１２２により、昇圧駆動を繰返し実行する昇圧制御を行う際に、昇圧コイル電流下限値ｄ５を０Ａまで降下させない（所定の目標電流に収まるように下降させる）モード（実施例１に示すモード）と、０Ａまで降下させるモードと、に切り替える場合を示す。
【００６１】
実施例２では、図４に示されているように、昇圧制御タイミング生成部１２２が、実施例１（図３参照）の設定時間Ｔｄｏｗｎを、昇圧コイル電流下限値ｄ５を０Ａまで降下させないオフ時間ｋ１とし、これを第一の設定時間としてカウントする第一カウンタ（第一の時間設定手段）１２３と、実施例１の設定時間Ｔｄｏｗｎを、昇圧コイル電流下限値ｄ５を０Ａまで降下させるまでのオフ時間ｋ２として、これを第二の設定時間としてカウントする第二カウンタ（第二の時間設定手段）１２４とを備えている。さらに、これらのカウンタを選択的に切り替えることにより、第一の設定時間と第二の設定時間を切替えるカウンタ切替スイッチ（時間切替手段）１２８とが設けられている。
【００６２】
この場合、カウンタ切替スイッチ１２８の切り替えのために、制御回路５からスイッチ切替信号（ｒ）を入力することにより、モード切替を外部信号より行うことが可能になっている。
【００６３】
カウンタ切替スイッチ１２８を第一カウンタ１２３に接続し、昇圧動作を開始した場合には、昇圧スイッチ素子１０６は、オフ時間（第一の設定時間）ｋ１に従って昇圧動作を繰り返し、昇圧制御を行う。この場合昇圧コイル電流下限値ｄ５が０Ａまで降下しないようにカウンタ（時間）の設定を行っている。
【００６４】
これに対し、カウンタ切替スイッチ１２８を第二カウンタ１２４に接続すると、昇圧スイッチ素子１０６は、オフ時間ｋ１より長いオフ時間（第二の設定時間）ｋ２に従って昇圧動作を繰り返し、昇圧制御を行うようになる。この場合、オフ時間ｋ２はオフ時間ｋ１よりも長く設定されることにより、昇圧コイル電流Ａｃｏｌの下限値は０Ａまで降下する。
【００６５】
昇圧コイル電流Ａｃｏｌの上限値ｄ６については、カウンタ切替スイッチ１２８をどちらのカウンタに接続した場合でも、閾値切替スイッチ１２７を切り替えない限り変化しない。よって、第一カウンタ１２３から第二カウンタ１２４に切り替えた場合も、昇圧コイル電流Ａｃｏｌの上限値ｄ６は変化が無い。
【００６６】
以上より、昇圧コイル１０１に流れる電流は、０Ａまで降下せずに、昇圧時の電流変化量が少ない定電流駆動と、昇圧コイル電流下限値が０Ａまで降下する三角波駆動をカウンタ切替スイッチ１２８によって任意に変更することが可能である。
【００６７】
また、第一の設定時間ｋ１と第二の設定時間ｋ２を切替えることにより、昇圧回路中に流れる電流の下限値（昇圧コイル電流Ａｃｏｌの立下り）を管理することで、昇圧コイル１０６に流れる昇圧コイル電流Ａｃｏｌの下降量を制御することができる。また、本実施例では、第一の設定時間ｋ１と第二の設定時間ｋ２を２つ定めて、これらを切替えたが、回路の発熱状態などに応じて、それ以上の設定時間をさらに設けてもよく、これらの設定時間を連続的に可変にしてもよい。
【００６８】
（実施例３）
実施例３では、昇圧電源装置の昇圧回路１００が、昇圧コイル電流Ａｃｏｌを０Ａまで低下させ、図１に示されている低周波発振器６と高周波発振器７のクロック信号を用いて可変周期で昇圧動作を繰り返す場合を示す。
【００６９】
具体的には、図５に示されているように、低周波発振器６により生成される昇圧基本クロック（低周波クロック）（ｈ）を昇圧スイッチ素子１０６の駆動の１周期とし、昇圧コイル１０１の通電開始後、昇圧コイル電流Ａｃｏｌが予め設定された電流値ｄ７に到達したことが電流検出回路１３０によって検出されると、昇圧制御信号（ｃ）をハイからローに切り替え、昇圧スイッチ素子１０６をオフ状態にする。その後、昇圧コイル電流Ａｃｏｌを０Ａに保持し、昇圧基本クロック（ｈ）の１周期が経過した時点で、再び、昇圧制御信号（ｃ）をローからハイに切り替え、昇圧スイッチ素子１０６をオン状態（通電状態）にする。このような一連の動作を繰り返すことによって目的とする昇圧電圧を獲得しているのは、これまでと同じ駆動方式である。
【００７０】
これに対し、昇圧基本クロック（ｈ）は用いず、高周波発振器７によって生成される高周波クロック（ｉ）より昇圧通電タイミング信号（ｊ）を生成し、昇圧コイル１０１の電流Ａｃｏｌの上限値は、上記電流検出によって行うことによって、繰り返し昇圧動作を行うことができる。
【００７１】
このように、低周波発振器６と高周波発振器７（設定時間変更手段）により、低周波クロック（昇圧基本クロック）（ｈ）の信号又は高周波クロック（ｉ）の信号に基づいて、前記通電停止の時点から、前記昇圧コイルへの通電をさせるまでの前記所定時間を、可変にすることができる。
【００７２】
そして、昇圧基本クロック（ｈ）の周波数に対して、高周波クロック（ｉ）の周波数は、Ｎ倍（但し、Ｎは１を含む整数倍）であり、この周波数の出力信号によって、昇圧通電タイミング信号（ｊ）を生成することにより、昇圧スイッチ素子１０６の駆動周波数を可変設定することができる。
【００７３】
この場合、昇圧基本クロック（ｈ）による駆動では、昇圧駆動周期ｔ１１は昇圧基本クロック（ｈ）と一致する。これに対し、高周波クロック（ｉ）による昇圧通電タイミング信号（ｊ）を用いて昇圧スイッチ素子１０６を駆動させる場合には、高周波クロック（ｉ）のＮ倍の分解能をもって昇圧駆動周期ｔ１２を任意に変更することができる。
【００７４】
（実施例４）
実施例４による昇圧電源装置の昇圧回路１００は、昇圧電圧を可変設定する。実施例４では、図１に示されているように、昇圧電圧Ｖｂｓｔを分圧抵抗１０７によって分圧し、この分配によって得られる検出電圧Ｖｓを、電圧検出部１２１の比較器１３２が、基準電圧と比較する。
【００７５】
検出電圧Ｖｓが基準電圧（昇圧停止電圧（図６に示す電圧閾値ｍ２，ｍ４）よりも高い場合には、昇圧制御部１２９に昇圧動作を停止する指令を出して、昇圧制御部１２９は、前述したスイッチ素子１０６による昇圧動作を停止させる。
【００７６】
その後、インジェクタ３が開弁すると、昇圧電圧Ｖｂｓｔが降下を始める。そして、この昇圧電圧Ｖｂｓｔの低下により、昇圧電圧Ｖｂｓｔが、昇圧開始電圧ｂ１まで到達したことを電圧検出部１２１が検出電圧Ｖｓによって検出した場合（具体的には、検出電圧Ｖｓが低下して昇圧開始電圧ｍ１まで到達した場合）には、この検出結果に基づいて、昇圧制御部１２９は、前述如きスイッチ素子１０６への繰り返しの切替え制御（スイッチング制御）により、昇圧コイル１０１への通電／通電停止を繰り返しさせて、昇圧制御を行い、再び昇圧動作を開始させる。このような、昇圧動作の停止及び開始の一連の動作を繰り返すことによって、昇圧電圧Ｖｂｓｔを保持する作用が得られる。
【００７７】
さらに、図６に示されているように、昇圧停止電圧の閾値を閾値電圧切替スイッチ１２５を使って第３閾値電圧（停止電圧）ｍ２に設定した場合には、インジェクタ３の開弁によって低下した昇圧電圧Ｖｂｓｔを、昇圧停止電圧ｂ２まで復帰（昇圧）すべく、昇圧制御部１２９は、昇圧スイッチ素子１０６に、昇圧コイル１０１への通電／通電停止を繰り返しさせる。
【００７８】
この昇圧動作を実行している間に、昇圧停止電圧の閾値を閾値電圧切替スイッチ１２５を使って第４電圧閾値ｍ４に切り替えると、一度、昇圧電圧Ｖｂｓｔは、昇圧停止電圧ｂ２まで昇圧電圧を復帰する（昇圧される）が、次の電圧降下のタイミングで、第４電圧閾値ｍ４に切り替わる。よって、昇圧電圧Ｖｂｓｔにおいて２回目の昇圧電圧降下のタイミングで、第４電圧閾値ｍ４に切り替わっており、昇圧電圧Ｖｂｓｔは付随して昇圧停止電圧ｂ４まで復帰する（昇圧される）。
【００７９】
このように、本実施例では、昇圧電圧Ｖｂｓｔを可変にすることを、電圧検出部１２１の比較器１３２の基準電圧を閾値電圧切替スイッチ１２５によって切り替えることによって可能にしている。この閾値電圧切替スイッチ１２５の切り替えは、制御回路５がスイッチ切替信号ｎを出力することにより外部より行われる。
【００８０】
（実施例５）
実施例５による昇圧電源装置の昇圧回路１００は、図７に示されているように、昇圧スイッチ素子１０６を複数個並列に接続することにより、昇圧スイッチ素子１個当たりに流れる電流量を低減し、発熱を抑制している。なお、図７に示されている実施例は、昇圧スイッチ素子１０６を複数個並列に接続したこと以外は、図１の実施例と同一である。
【００８１】
この実施例では、並列接続の複数個の昇圧スイッチ素子１０６が昇圧制御部１２９によって一斉に駆動される構成となっている。昇圧スイッチ素子１０６の通電時、電流は昇圧スイッチ素子１０６の上流側から昇圧スイッチ素子１０６を経由して電源グランドに流れ込む。その際、昇圧スイッチ素子１０６を複数個導入することにより、昇圧スイッチ素子１０６の個数分、電流は分割されて通電される。
【００８２】
結果として、図８に示されているように、複数の昇圧スイッチ素子１０６に流れるスイッチ素子電流Ａｓｗの上限値ｆ３は、昇圧スイッチ素子を１個使った場合のスイッチ素子電流Ａｓｗの上限値ｆ１に比べて、低くなる。同じく、昇圧コイル電流Ａｃｏｌの上限値をｄ２からｄ４に変更した場合でも、電流はその個数分に分割されるので、スイッチ素子電流Ａｓｗの上限値はｆ２からｆ４に低下する。
【００８３】
以上のことから、昇圧スイッチ素子１０６を複数個導入することによって、昇圧スイッチ素子１個当たりに通電される電流量が低減し、昇圧スイッチ素子１０６の発熱を抑制することができる。
【００８４】
（実施例６）
実施例６による昇圧電源装置の要部を、図９を参照して説明する。本実施例の昇圧回路１００は、電流モニタ回路１２６に過電流検出用の保護回路を追加している。その他の構成は図１に示されている実施例のものと同じである。
【００８５】
通常、昇圧制御部１２９で生成された昇圧制御信号（ｃ）によって昇圧スイッチ素子１０６がオンになると、昇圧コイル１０１が昇圧され、電流検出用のシャント抵抗素子１０２に通電電流Ａｓｈｕが流れ、その電流は電流検出回路１３０によって検出される。
【００８６】
検出された電流値（電圧）が、電流検出回路１３０により、検出された電流値に応じた検出電圧値（ｐ）に変換される。この変換された検出電圧値（ｐ）が第一の基準電圧Ｖ１（スイッチング停止電流値に相当する電圧）に到達した場合、第一の電圧検出回路２０１は、スイッチング停止電流値に相当する電圧到達したことを検出し、この検出結果の出力信号である第一の電圧検出信号（ｕ）を出力する。この第一の電圧検出信号（ｕ）は、ウェイト時間生成回路２０３、判定回路（切替判定回路）２０４を介して昇圧制御部１２９へ送られる。
【００８７】
昇圧制御部１２９は、第一の電圧検出信号（ｕ）を受け取る度に昇圧制御信号（ｃ）をオフにする。実施例２と同様にして、昇圧制御信号（ｃ）のオフ時間ｋ１は、昇圧制御タイミング生成部１２２の内部カウンタによって時間カウントされる。
【００８８】
ここで、図１０に示すタイミングチャートを用いて本実施例による昇圧電源装置の作用について説明する。本装置のような定電流制御方式を実現させようとしたとき、つまり、シャント抵抗素子１０２に流れる電流Ａｓｈｕをある一定の値に保持するためには、昇圧制御信号（ｃ）のオフ時間ｋ１を短くする必要がある。
【００８９】
しかし、実際の回路では、昇圧コイル１０１や昇圧スイッチ素子１０６のオン抵抗やそれのばらつきなどで特性が変化し、昇圧制御部１２９で昇圧制御信号（ｃ）が生成されてから昇圧スイッチ素子１０６がオンになるまでの遅延や、駆動能力のばらつきにより、昇圧制御信号（ｃ）が完全にオフしない状態が生じる可能性がある。
【００９０】
電流検出回路１３０の出力である電流信号（ｐ）が示す電圧が第一の基準電圧Ｖ１よりも高いと、第一の電圧検出回路２０１が出力する第一の電圧検出信号（ｕ）はハイに切り替わっているため、昇圧制御部１２９内のロジック信号（ｓ）はローに切り替るが、昇圧制御信号（ｃ）のオフ時間が短いため、シャント抵抗素子１０２に流れる電流Ａｓｈｕは下がりきらない。このため、最終的にはシャント抵抗素子１０２に大電流が流れることになる。このように、大電流が流れ続けると、昇圧スイッチ素子１０６、昇圧コイル１０１、シャント抵抗素子１０２の発熱もしくは破壊につながる虞がある。
【００９１】
図１１は、本回路を用いたときの起動時のタイミングチャートである。前述した通り、昇圧制御部１２９で生成された昇圧制御信号（ｃ）によって、昇圧スイッチ素子１０６がオンになり、シャント抵抗素子１０２に通電され、電流検出回路１３０より出力された電流信号（ｐ）が示す電圧が第一の基準電圧Ｖ１に到達した場合、設定されたオフ時間ｋ３の間、昇圧スイッチ素子１０６はオフすることになる。
【００９２】
ここで、昇圧スイッチ素子１０６がオフされてから昇圧コイル１０１に流れる電流Ａｃｏｌが下がる傾きｄｉ／ｄｔは、バッテリ電源電圧ＶＢと昇圧電圧Ｖｂｕｔと昇圧コイル１０１のインダクタンスＬにより、ｄｉ／ｄｔ＝（ＶＢ−Ｖｂｕｔ）／Ｌで表される。
【００９３】
しかし、起動時の昇圧電圧Ｖｂｕｔは、バッテリ電源電圧ＶＢよりも小さいため、起動時のｄｉ／ｄｔは、十分に昇圧されている状態よりも小さくなる。
【００９４】
よって、起動時の昇圧コイル１０１の通電電流下降傾きは、昇圧スイッチ素子１０６をオフにしても、昇圧コイル１０１に流れる電流Ａｃｏｌは下がりにくくなり、図１０と同様に、第一の基準電圧Ｖ１よりも高い電圧が出力されていて第一の電圧検出回路２０１が出力する第一の電圧検出信号（ｕ）はハイに切り変わっているため、昇圧制御部１２９内のロジック信号（ｓ）はローに切り替わるが、シャント抵抗素子１０２に流れる電流は下がりきらず、最終的にはシャント抵抗素子１０２に大電流が流れることになる。大電流が流れ続けると、昇圧スイッチ素子１０６、昇圧コイル１０１、シャント抵抗素子１０２の発熱もしくは破壊につながることになる。
【００９５】
そこで、本実例では、検出電圧値が第二の基準電圧Ｖ２に到達した場合に、第二の電圧検出回路（過電流検出回路）２０１は、昇圧用コイルに流れる電流が過電流である検出結果の出力信号、つまり過電流検出信号（ｗ）を出力し、この過電流検出信号（ｗ）は、判定回路（切替判定回路）２０４に送られるように構成されている。また、過電流検出信号（ｗ）は、診断回路２０５にも送られ、この診断回路２０５は、過電流検出信号（ｗ）の出力に応じて、回路が異常状態にあることを示す信号ＤＦを出力するように構成されている。
【００９６】
そして、判定回路２０４の信号に基づいて、昇圧制御部１２９のロジック信号生成回路２１１は、昇圧制御信号（ｃ）のベースとなるロジック信号を生成し、アナログ信号生成回路２１２は、このロジック生成信号から、昇圧スイッチ素子１０６を駆動させるアナログ信号である昇圧制御信号（ｃ）を生成し、この生成した昇圧制御信号（ｃ）を昇圧スイッチ素子１０６に出力するように構成されている。
【００９７】
このように、構成することで、シャント抵抗素子１０２に大電流が流れた場合には、電流検出回路１３０で検出された電流信号（ｐ）が示す電圧が第一の基準電圧Ｖ１を超え、第二の基準電圧Ｖ２に到達したとき、電流検出回路１３０の出力である電流信号（ｐ）を入力し、第二の電圧検出回路２０２から過電流検出信号（ｗ）を出力する。過電流検出信号（ｗ）と第一の電圧検出回路２０１の出力である第一の電圧検出信号（ｕ）は判定回路２１７に入力され、判定回路２１７による判定に応じて電流検出出力信号（ｙ）が昇圧制御部１２９に入力される。
【００９８】
過電流検出信号（ｗ）がハイ（過電流である結果の出力信号）で判定回路２０４に入力された場合には、判定回路２０４は、過電流検出信号（ｕ）を優先し、通常のオフ時間（第一の設定時間）ｋ１から過電流時のオフ時間であるオフ時間（第二の設定時間）ｋ２に設定時間を切り替え、昇圧制御信号（ｃ）のオフ時間は通常よりも長くなる。結果的にシャント抵抗素子１０２に流れる電流Ａｃｏｌが下がる。これによって、昇圧スイッチ素子１０６、昇圧コイル１０１、シャント抵抗素子１０２の発熱もしくは破壊を防止することができる。
【００９９】
このような過電流検出時における昇圧制御は、実施例２に示した昇圧制御タイミング生成部１２２を用いて、昇圧スイッチ素子１０６の切替を行うことができる。
【０１００】
すなわち、図１０及び１１に示すように、昇圧制御において、過電流が検出されるまでは、昇圧コイル電流下限値を０Ａまで降下させないオフ時間（第一の設定時間）ｋ１に従って昇圧動作を行い、過電流が検出されたときは、昇圧コイル電流下限値ｄ５を０Ａまで降下させるまでのオフ時間を第二の設定時間ｋ２に従って、昇圧コイル１０１に流れる電流を制限する（一次的に低下させる）。
【０１０１】
ところで、実際の電流検出回路１３０にはアナログ遅延があり、昇圧スイッチ素子１０６がオンになり、シャント抵抗素子１０２に電流を通電してから、ある程度の遅延後、電流信号（ｐ）が立ち上がる。つまり、電流信号（ｐ）が示す電圧が第一の基準電圧Ｖ１よりも高く、過電流検出をする所定の電圧Ｖ２まで到達している場合でも、アナログ遅延のため、第一の基準電圧Ｖ１に到達する方が先になるため、判定回路２０４では過電流検出信号（ｗ）が入力される前に判定が行われ、電流検出出力信号（ｙ）が出力される。このため、過電流時でも、昇圧制御信号（ｃ）のオフ時間は切り替わることなく、大電流が流れ続けることになる。
【０１０２】
そこで、図１２に示すように、電流信号（ｐ）が示す電圧が第一の基準電圧Ｖ１を超えた場合、出力された第一の電流検出信号（ｕ）の後段のウェイト時間生成回路（信号遅延手段）２０３により、第一の電流検出信号（ｕ）と過電流検出信号過電流検出信号（ｗ）とのタイミングを合わせるために、ある所定のウェイト時間Ｔｗ１をもたせる。これによって、過電流検出信号（ｗ）が出力されるタイミングまで待ち状態になり、ウェイト時間Ｔｗ１後の検出信号、つまり第一の電流検出信号（ｕ’）と過電流検出信号（ｗ）とで判定される。
【０１０３】
また、この実施例においては、第二の電圧検出回路２０２が出力する過電流検出信号（（ｗ）が診断回路２０５に入力される構成となっている。これにより、過電流検出信号（ｗ）が第二の電圧検出回路２０２より出力されると、診断回路２０５は診断フラグＤＦをハイレベルにし、電流モニタ回路１２６から異常信号を出力することが可能となる。
【０１０４】
（実施例７）
実施例７による昇圧電源装置の要部を、図１３、図１４を参照して説明する。図１３に示されているように、本実施例では、昇圧スイッチ素子１０６の前段に、つまり、昇圧スイッチ素子１０６と昇圧制御部（駆動信号生成回路）１２９との間に、スイッチ素子２１９が設けられている。駆動信号生成回路１２９は、前述したような、昇圧スイッチ素子１０６の切替えを行うためのパルス状の出力信号を生成する回路である。
【０１０５】
スイッチ素子２１９は、ハイサイドとローサイドとにスイッチ素子２１９Ｈ、２１９Ｌを設置され、プッシュプル回路を構成している。スイッチ素子２１９として、ハイサイドにＰｃｈＭＯＳ、ローサイドにＮｃｈＭＯＳあるいはｎｐｎとｐｎｐのバイポーラトランジスタか、ＩＧＢＴを実装することになる。この素子構成は昇圧回路仕様によって最適なものが選択設定されればよい。
【０１０６】
昇圧制御部１２９は、反転回路と非反転回路を含むロジック信号生成回路２１１を有し、ロジック信号切替部（切替回路）２２１によって電流モニタ回路１２６よりの入力されたパルス信号の反転と非反転を行うことができる。すなわち、結果として、駆動信号生成回路の出力信号である昇圧制御信号を反転又は非反転に切替えることになる。ロジック信号切替部２２１は外部の切替信号（ｘ）によって切り替え可能である。なお、スイッチ素子２１９を実装しない場合には、ロジック信号切替部２２１を使用しない場合もある。
【０１０７】
シャント抵抗素子１０２を流れる電流であるシャント抵抗通電電流Ａｓｈｕを電流モニタ回路１２６によって検出し、当該シャント抵抗通電電流Ａｓｈｕに基づくロジック信号（ｓ）、つまり比較器１３１の出力信号（図１参照）が昇圧制御部１２９に入力される。昇圧制御部１２９に入力されてロジック信号（ｓ）は、昇圧制御部１２９の内部回路によるロジック信号生成回路２１１を経由してアナログ信号生成回路２１２に渡される。アナログ信号生成回路２１２は、ロジック信号（ｓ）を昇圧制御信号（ｃ）に変換し、昇圧制御信号（ｃ）を昇圧スイッチ素子１０６に入力する。
【０１０８】
前述の通り、本回路のような定電流制御方式を実現させようとしたとき、つまり、シャント抵抗素子１０２に流れるシャント抵抗通電電流Ａｓｈｕをある一定の値に保持するためには、昇圧制御信号（ｃ）のオフ時間を短くする必要がある。オフ時間を短くすると、昇圧スイッチ素子１０６の駆動スイッチング周波数が増加し、昇圧制御部１２９の発熱を増加させる傾向にある。
【０１０９】
このことに対して、図１３に示されているように、昇圧スイッチ素子１０６とスイッチ素子２１９とを直列に設置することにより、スイッチ素子２１９で発熱させ、昇圧制御部１２９にかかる発熱量を低減することができる。この場合、昇圧制御部１２９の出力である昇圧制御信号（ｃ）は、元信号を反転させた信号になる。そのため、ロジック信号生成回路２１１内にロジック信号切替部２２１が設けられ、ロジック信号（ｓ）の反転または非反転をする。
【０１１０】
一般的に、ロジック信号生成回路２１１を動作させる電源は、バッテリ電源１の電圧ＶＢよりも低い電圧（ロジック動作電圧）であり、この電圧をロジック動作電圧生成回路２２５が生成する。ロジック動作電圧はバッテリ電源電圧により生成するため、バッテリ電源１が起動してからロジック動作電圧生成回路２２５によってロジック動作電圧が生成されるのに遅延が生じる。つまり、図１４に示されているように、ロジック動作可能タイミングｔ２１からロジック動作開始タイミングｔ２２の間の遅延時間ＴＷ２が生じる。
【０１１１】
しかし、上述のロジック信号切替部２２１を設け、かつロジック信号（ｓ）を反転させた状態では、上述の遅延時間ＴＷ２の間、昇圧制御信号（ｃ）はローのままとなり、昇圧スイッチ素子１０６に大電流が流れる可能性がある。
【０１１２】
そこで、図１３に示されているように、プルアップ／プルダウン抵抗素子２２３，プルアップ／プルダウン切替回路２２４をアナログ信号生成回路２１２の後段に追加し、反転・非反転の切替タイミングで、ロジック信号生成回路２１１に同期して、昇圧制御信号（ｃ）（駆動信号生成回路の出力信号）をプルアップもしくはプルダウンにすることにより、起動時に大電流が流れるのを防止している。
【０１１３】
上述の実施例による昇圧電源装置は、各機能を集積化した回路構成より可能としたもの、各機能を外部回路により可能としたもの、各機能をコンピュータプログラムの実行によるソフトウェアにより可能としたもののいずれによっても構成することができる。
【０１１４】
以上、本発明の実施の形態を図面を用いて詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更があっても、それらは本発明に含まれるものである。
【産業上の利用可能性】
【０１１５】
本発明による内燃機関の制御装置は、ガソリンや軽油等を燃料とする自動車、オートバイ、農耕機、工作機械、船舶機等において、バッテリ電圧を昇圧した高電圧を使って負荷を駆動するための電源装置として好適であり、特に、気筒内直接噴射型インジェクタのための昇圧電源装置として用いることができる。
【０１１６】
気筒内直接噴射型インジェクタは、ソレノイドを動力源とした電気的にインダクタンス成分を有するものだけでなく、ピエゾ素子を動力源とした電気的にコンデンサ成分を有するものを駆動し、これらによって低下した高電圧を昇圧回路のスイッチング動作により補充する方式にも適用することができるものである。
【符号の説明】
【０１１７】
１ バッテリ電源
３ インジェクタ
４ 駆動回路
５ 制御回路
６ 低周波発振器
７ 高周波発振器
１００ 昇圧回路
１０１ 昇圧コイル
１０２ シャント抵抗素子
１０３ 昇圧コンデンサ
１０４ 充電ダイオード
１０５ 寄生ダイオード
１０６ 昇圧スイッチ素子
１２０ 昇圧制御回路
１２１ 電圧検出部
１２２ 昇圧タイミング制御回路（昇圧制御タイミング生成部）
１２６ 電流モニタ回路
１２８ カウンタ切替スイッチ
１２９ 昇圧制御部
２０１ 第一の電圧検出回路
２０２ 第二の電圧検出回路
２０３ ウェイト時間生成回路
２０４ 判定回路
２１１ ロジック信号生成回路
２１２ アナログ信号生成回路
２１９ スイッチ素子
２２４ プルアップ／プルダウン切替回路
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の制御装置に関し、特に、車両用内燃機関の気筒内直接噴射型インジェクタのための電源装置等、バッテリ電源の電圧を昇圧した高電圧を用いて負荷を駆動することに用いられるに好適な内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガソリンや軽油等を燃料とする内燃機関として、燃費向上を図るため、圧縮行程時に気筒内に燃料をインジェクタ（燃料噴射弁）によって、直接噴射する気筒内直接噴射方式の内燃機関が知られている。気筒内直接噴射方式の内燃機関では、微粒化した燃料が点火プラグの周辺にのみ存在して燃焼を成立し、その周辺の空気はシリンダ壁との断熱、燃焼時のエネルギによる熱膨張よるピストン押し下げの役割を果す成層燃焼を実現でき、吸気行程時に燃料を噴射する「ポート噴射」と「予混合燃焼式」の組み合わせによる内燃機関に比べ、熱損失の低減を図ることができ、結果として省燃費となる。
【０００３】
気筒内直接噴射を行う方式の内燃機関の場合、圧縮過時程に燃料をインジェクタより噴射するため、高圧に加圧された燃料を使用する必要があり、燃料圧力の高圧化に伴いインジェクタの開弁動作に高いエネルギを要する。また、制御応答性を向上させ、高速回転に対応するためには、この高いエネルギを短時間にインジェクタに供給する必要がある。
【０００４】
気筒内直接噴射方式（直噴インジェクタ）の電源回路の従来例を、図１５を参照して説明する。電源回路は、バッテリ電源１の電圧ＶＢよりも高い電圧Ｖｂｓｔに昇圧する昇圧回路１０を有し、当該昇圧回路１０が発生する昇圧電圧Ｖｂｓｔによりインジェクタ３への通電電流を短時間に上昇させる方式を採用している（例えば、特許文献１、２参照）。
【０００５】
代表的な直噴インジェクタの電流波形は、図１６に示すインジェクタ電流Ａｉｎｊである。インジェクタ電流Ａｉｎｊは、通電初期のピーク電流通電期間ｔ１に、昇圧電圧Ｖｂｓｔを使って予め定められたピーク電流ａ１まで短時間に上昇する。このピーク電流ａ１は、吸気行程時に空気と燃料の混合気体をシリンダ内に導入する方式の場合と比較して、５〜２０倍程度大きいものである。
【０００６】
ピーク電流通電期間ｔ１終了後、インジェクタ３の電源電圧は、昇圧電圧Ｖｂｓｔからバッテリ電源電圧ＶＢへ移行し、インジェクタ電流Ａｉｎｊはピーク電流ａ１の１／２〜１／３程度の保持電流ａ２に低下する。その後、インジェクタ電流Ａｉｎｊは、更に、保持電流ａ２の２／３〜１／２程度の保持電流ａ３になる。
【０００７】
インジェクタ３は、ピーク電流ａ１と保持電流ａ２によって開弁し、燃料を気筒内に噴射する。ピーク電流ａ１から保持電流ａ２へ移行する時間は、インジェクタ３の磁気回路特性や燃料噴霧特性、インジェクタ３に燃料を供給するコモンレールの燃料圧力、内燃機関に要求された動力によって決まる。
【０００８】
省燃費を図るためには、燃料噴射量を精密に制御する必要がある。このことに対して、インジェクタ３の閉弁が速やかに行われるべく、インジェクタ電流Ａｉｎｊの通電電流下降期間ｔ２を短縮し、インジェクタ電流Ａｉｎｊを速やかに降下させる必要がある。更に、ピーク電流ａ１から保持電流ａ２へ移行する過程や、保持電流ａ２からそれより小さい保持電流ａ３へ移行する過程でも、短時間に電流を降下させる必要がある。
【０００９】
しかし、インジェクタ３には、インジェクタ電流Ａｉｎｊが流れていることで高いエネルギが蓄積されており、電流を下降させるには、このエネルギをインジェクタ３から消滅させることが必要である。これを短時間の通電電流下降期間ｔ２内で実現させるために、インジェクタ３の駆動回路４の駆動素子でツェナーダイオード効果を使用してエネルギを熱エネルギに変換する方式や、インジェクタ電流Ａｉｎｊを電流回生ダイオード８を通じて、昇圧回路１０の昇圧コンデンサ１３に回生させる方式等、様々な方式が従来より取られている。
【００１０】
熱エネルギに変換する方式では、駆動回路４を簡略化することができるが、インジェクタ３の通電エネルギを熱エネルギに変換させるので、大電流の駆動回路には適していない。これに対し、昇圧コンデンサ１３に回生させる方式では、インジェクタ３に大電流を流しても駆動回路４の発熱を比較的抑えることができ、当該方式は、インジェクタ３への通電電流が大きい軽油を使用する直噴インジェクタを使用した内燃機関（「コモンレール式エンジン」と呼ばれることもある）や、燃料にガソリンを使用する気筒内直接噴射型インジェクタを使用した内燃機関でも広く使用される。
【００１１】
これらの用途で使用される昇圧回路１０は、駆動回路４が昇圧電圧Ｖｂｓｔを使ってインジェクタ３に対しインジェクタ電流Ａｉｎｊの通電を行う。その結果、図１６に示すように、昇圧電圧Ｖｂｓｔが昇圧開始電圧ｂ１以下に低下したことを電圧検出部２１が検出すると、昇圧制御部２９が昇圧動作を開始する。昇圧動作を開始すると、昇圧制御部２９は、昇圧スイッチ素子１６を通電させるための昇圧制御信号（ｃ）をローからハイにする。これにより、昇圧コイル１１にバッテリ電源１から電流が流れ、昇圧コイル１１にエネルギが蓄積される。昇圧コイル１１に流れる電流は、シャント抵抗通電電流Ａｓｈｕとしてシャント抵抗素子（昇圧スイッチング電流検出抵抗素子）１２によって電圧に変換され、電流検出回路２６によって検出される。
【００１２】
シャント抵抗通電電流Ａｓｈｕが所定のスイッチング停止電流ｅ１に到達すると、昇圧制御部２９は、昇圧スイッチ素子１６の開閉を制御する昇圧制御信号（ｃ）をハイからローにし、シャント抵抗通電電流Ａｓｈｕを遮断する。これにより、昇圧コイル１１に流れている電流は、昇圧スイッチ素子１６を経由して電源グランドへ流れることができなくなり、昇圧コイル１１のインダクタンス成分によって蓄えられたエネルギは高電圧を発生する。
【００１３】
そして、この電圧が、昇圧コンデンサ１３に蓄えられた昇圧電圧Ｖｂｓｔと充電ダイオード１４の順方向電圧を加えた電圧より高くなると、昇圧コイル１１に蓄えられたエネルギが、充電ダイオード１４を経由して充電電流Ａｃｈａとして昇圧コンデンサ１３に移行する。
【００１４】
この際、充電電流Ａｃｈａは、昇圧スイッチ素子１６が遮断する直前に昇圧コイル１１に流れていたスイッチング停止電流ｅ１から、昇圧コンデンサ１３へのエネルギ移行に伴って急速に減少する。
【００１５】
昇圧電圧Ｖｂｓｔを検出する電圧検出部２１が、上記の動作により上昇した昇圧電圧Ｖｂｓｔが所定の昇圧停止電圧ｂ２に満たないことを検出する場合には、昇圧制御部２９は、充電電流Ａｃｈａを検出することなく、予め定められた昇圧スイッチング周期（一定のパルス幅）ｔ４に従って、昇圧スイッチ素子１６を通電させるために昇圧制御信号（ｃ）をローからハイにする。この動作は、昇圧電圧が所定の昇圧停止電圧ｂ２になるまでの昇圧復帰期間ｔ３に従って繰り返される。
【００１６】
以上のように、シャント抵抗通電電流Ａｓｈｕを検出して、所定のスイッチング停止電流ｅ１以上にならないように制御する昇圧回路１０は、シャント抵抗通電電流Ａｓｈｕを検出せずに、予め決められた時間（昇圧制御信号（ｃ）をローからハイにする期間を一定時間とした周期）によって制御する昇圧回路に比べ、シャント抵抗通電電流Ａｓｈｕを低く抑えることができる。これにより、昇圧スイッチ素子１６、昇圧コイル１１、充電ダイオード１４からの発熱を最小限に抑えることができる。
【００１７】
また、昇圧スイッチ素子１６の上流側の電流をモニタし、当該電流が所定の電流値まで降下すると、昇圧制御部２９が、昇圧スイッチ素子１６の開閉を制御する昇圧制御信号（ｃ）をローからハイに切替えるよう構成された電源回路が提案されている（例えば、特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１８】
【特許文献１】特開２００１−５５９４８号公報
【特許文献２】特開２００９−２２１３９号公報
【特許文献３】特開２００５−３４４６０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
ところで、気筒内直接噴射型インジェクタを採用する場合には、電源回路に昇圧回路が用いられるのが一般的であるが、昇圧回路は、吸気行程時に空気と燃料の混合気体をシリンダ内に導入する方式と比較して、５〜２０倍程度大きな電流を扱うことになり、回路全体の温度上昇を伴う電子部品の寿命低減、ノイズの増大、要放熱構造となり、コストアップに繋がる。
【００２０】
また、図１５に示す電源回路であっても、昇圧スイッチング周期ｔ４により昇圧制御を行うが、昇圧スイッチ素子の遮断された時点（昇圧コイルに通電される電流の下降開始）から、通電を開始する（昇圧コイルに通電される電流の上昇開始）までの時間に基づく制御ではないため、上に示す課題を充分に解決できるとはいえない。
【００２１】
また、特許文献３に記載の電源回路では、電流の下限値を検出すべく、昇圧スイッチ素子１６の上流側の電流を検出する回路が必要となり、且つその検出回路や昇圧制御部２９は、電源電圧から昇圧電圧Ｖｂｓｔの高電圧に対応する必要があり、耐圧や検出精度を考慮する必要が生じる。
【００２２】
本発明は、前記解決しようとする課題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、昇圧能力は低減させずに、最大電流値の低減と定電流化を安価に実現することができる内燃機関の制御装置を提供することにある。
【００２３】
加えて、昇圧回路の定電流制御方式を成立させるため、昇圧スイッチ素子のばらつきや昇圧起動時の電流立下り傾き等の不安条件下で大電流が流れた場合でも、安定した昇圧動作を保証し、また、過電流発生時にも素子破壊を回避する保護回路を含む内燃機関の制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
前記目的を達成するために、本発明による内燃機関の制御装置は、バッテリ電源の電圧を昇圧する昇圧コイルと、該昇圧コイルへの通電及び通電停止の切替えを行う昇圧スイッチ素子と、該昇圧スイッチ素子に流れる電流を検出する電流検出手段と、を備え、前記スイッチ素子の切替えを繰返すことにより昇圧制御をし、前記昇圧コイルで昇圧された電圧をダイオードを介して昇圧コンデンサに充電する内燃機関の制御装置であって、該制御装置は、前記昇圧制御において、前記検出された電流が、スイッチング停止電流値に到達したときに、前記昇圧スイッチ素子に、前記昇圧コイルへの通電停止をさせ、該通電停止の時点から所定の設定時間経過後に、前記昇圧スイッチ素子に、前記昇圧コイルへの通電をさせることを特徴とするものである。
【００２５】
本発明によれば、バッテリ電源から、昇圧スイッチ素子を通電することで、昇圧コイルにスイッチング電流を通電し、該スイッチング電流が予め設定されたスイッチング停止電流値に到達したことを検出することにより、該昇圧スイッチ素子の通電を停止させることで、該スイッチング電流を下降させる時に、該昇圧コイルに発生する高電圧を、充電ダイオードを通して昇圧コンデンサに充電するといった一連の昇圧動作を繰り返し実行することができる。
【００２６】
そして、昇圧制御中の通電停止の時点からの経過時間（電流立下り時間）を定めた時間制御により、昇圧コイルに流れる電流の下降する量を制御することができ、例えば零アンペアまで降下せずに、予め設定した電流値範囲で昇圧動作を繰り返し実行することができる。
【００２７】
また、昇圧回路中に流れる電流の下限値を時間で管理することにより、電源電圧から昇圧電圧の高電圧部分の電流検出回路を必要とする電流検出方式とは異なり、このような昇圧コイル上流側の高圧部分に流れる電流の下限値の検出回路の追加を必要とせずに、安価に昇圧制御を行うことができる。
【００２８】
本発明に係る内燃機関の制御装置は、前記スイッチング停止電流値を変更する切替スイッチを備えることがより好ましい。
【００２９】
また、本発明に係る内燃機関の制御装置は、設定時間を変更する設定時間変更手段を備え、前記設定時間変更手段は、前記設定時間を、前記通電停止の時点から前記昇圧コイルに流れる電流を零アンペアまで降下させない（所定の目標電流値に収まるように下降させる）第一の設定時間に設定する第一の時間設定手段と、前記設定時間を、前記通電停止の時点から前記昇圧コイルに流れる電流を零アンペアまで降下させる第二の設定時間に設定する第二の時間設定手段と、前記第一の設定時間と第二の設定時間を切替える時間切替手段と、備えることがより好ましい。
【００３０】
別の態様では、本発明に係る内燃機関の制御装置は、前記設定時間変更手段が、低周波クロック信号又は高周波クロック信号に基づいて、前記設定時間を変更することがより好ましい。これにより、昇圧スイッチ素子の駆動周波数を可変に設定できる。
【００３１】
さらに、本発明に係る内燃機関の制御装置は、前記昇圧コイルで昇圧された電圧を検出する電圧検出手段を備え、前記検出された電圧が低下して、所定の昇圧開始電圧に到達したときに、前記昇圧制御を開始し、前記検出電圧が上昇して、所定の昇圧停止電圧に到達したときに、前記昇圧制御を終了することが好ましく、前記昇圧停止電圧の値を変更する電圧切替えスイッチを備えることがより好ましい。
【００３２】
このように、本発明によれば、昇圧回路中に流れる電流の下限値を０Ａまで降下させないことにより、昇圧回路を流れる電流の上限値と下限値の電流値の差を最小限に抑え、昇圧回路を流れる電流の単位時間当たりの電流値変化を最小限に抑えることができる。この場合、ある程度の自由度を持たせるために、昇圧制御回路の仕様は、昇圧スイッチ素子のスイッチング周波数とオン時間を可変とし、昇圧電圧値、電流波形を任意に設定できるものであり、昇圧制御回路の外部からその設定を行うことができる。
【００３３】
本発明に係る内燃機関の制御装置は、昇圧スイッチ素子が複数個並列に接続されていることがより好ましく、これにより、昇圧スイッチ素子に流れる電流量を分配することができる。
【００３４】
本発明に係る内燃機関の制御装置は、前記検出された電流に基づいて、前記昇圧スイッチ素子の切替えをすることにより、前記昇圧コイルに流れる電流を制限する制限保護回路を有することがより好ましく、前記保護回路は、前記検出された電流に基づいて、前記昇圧用コイルに流れる電流が過電流であることを検出する過電流検出回路を備え、該過電流検出回路の検出結果に基づいて、前記昇圧スイッチ素子の切替えを制御することが好ましい。さらに、前記過電流検出回路が、過電流を検出した場合には、前記時間切替手段が、前記第一の設定時間から、第二の設定時間に、前記設定時間を切替えることがより好ましい。
【００３５】
また、本発明に係る内燃機関の制御装置は、前記検出された電流が、前記スイッチング停止電流値に到達したことを検出する検出回路と、該検出回路の出力信号及び前記過電流検出回路の出力信号に基づいて、前記設定時間の切替の判定を行う切替判定回路と、前記検出回路から前記切替判定回路に入力される前記出力信号の入力タイミングを、所定時間遅らせて、前記切替判定回路に入力するウェイト時間生成回路と、を備え、前記切替判定回路の判定結果に基づいて、前記時間切替手段が、前記設定時間の切替を行うことがより好ましい。
【００３６】
本発明による内燃機関の制御装置は、加えて、従来から知られている電流検出回路に過電流検出保護回路を追加することで、昇圧スイッチ素子のばらつき等の不安定条件下で大電流が発生した場合には、昇圧スイッチ素子の駆動信号のオフ時間を切り替え、昇圧スイッチ素子に流れる電流を低減させることができる。
【００３７】
また、発明に係る内燃機関の制御装置は、前記過電流を検出した際に、該制御装置が異常である信号を出力する診断手段を備えてもよい。
【００３８】
また、本発明による内燃機関の制御装置は、前記昇圧スイッチ素子と、該昇圧スイッチ素子の前記切替えを行うためのパルス状の出力信号を生成する駆動信号生成回路と、の間に、発熱抑制用のスイッチ素子をさらに備えることがより好ましい。発明によれば、昇圧スイッチ素子の上流にスイッチ素子を挿入することで、昇圧スイッチ素子の発熱を抑制することができる。
【００３９】
また、本発明による内燃機関の制御装置は、前記駆動信号生成回路の出力信号を反転又は非反転に切替える切替回路を有することがより好ましく、前記駆動信号生成回路の出力信号を、前記出力信号の切替タイミングで、プルアップもしくはプルダウンさせることがより好ましい。
【発明の効果】
【００４０】
本発明による内燃機関の制御装置によれば、駆動電流の最大値を低減することによって、従来よりも昇圧回路の発熱を低減することができると共に、単位時間当たりの電流値変化量を低減することにより、ノイズの発生頻度を抑制することができる。昇圧回路中に流れる電流の下限値を時間で管理することにより、電源電圧から昇圧電圧の高電圧部分の電流検出回路を必要とする電流検出方式とは異なり、このような昇圧コイル上流側の高圧部分に流れる電流の下限値の検出回路の追加を必要としない。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明による内燃機関の制御装置（昇圧電源装置）の実施例１〜４を総括して示すブロック図。
【図２】実施例１による昇圧電源装置の作用を示すタイムチャート。
【図３】図１に示す昇圧コイル電流の波形の部分拡大図。
【図４】実施例２による昇圧電源装置の作用を示すタイムチャート。
【図５】実施例３による昇圧電源装置の作用を示すタイムチャート。
【図６】実施例４による昇圧電源装置の作用を示すタイムチャート。
【図７】本発明による内燃機関の制御装置（昇圧電源装置）の実施例５を示すブロック図。
【図８】実施例５による昇圧電源装置の作用を示すタイムチャート。
【図９】本発明による内燃機関の制御装置（昇圧電源装置）の実施例６を示すブロック図。
【図１０】実施例６による昇圧電源装置の作用を示すタイムチャート。
【図１１】実施例６による昇圧電源装置の作用を示すタイムチャート。
【図１２】実施例６による昇圧電源装置の作用を示すタイムチャート。
【図１３】本発明による内燃機関の制御装置（昇圧電源装置）の実施例７を示すブロック図。
【図１４】実施例７による昇圧電源装置の作用を示すタイムチャート。
【図１５】内燃機関の制御装置（昇圧電源装置）の従来例を示すブロック図。
【図１６】従来例の内燃機関の制御装置（昇圧電源装置）の作用を示すタイムチャート。
【発明を実施するための形態】
【００４２】
本発明による内燃機関の制御装置（昇圧電源装置）の実施形態を、図を参照して説明する。
（実施例１）
本発明による内燃機関の制御装置（昇圧電源装置）を定電流昇圧方式のインジェクタ用電源回路として適用した実施例１を図１、図２、及び図３を用いて説明する。
【００４３】
図１に示されているように、本実施例による昇圧電源装置は、バッテリ電源１とその電源グランド２によって電源供給を受ける昇圧回路１００を有する。インジェクタ３の駆動回路４は、昇圧回路１００で高電圧に昇圧された昇圧電圧Ｖｂｓｔを使ってインジェクタ３を駆動する。
【００４４】
昇圧回路１００は、バッテリ電源１の電圧ＶＢを昇圧するためのインダクタンス成分を持った昇圧コイル１０１を有する。昇圧コイル１０１は、昇圧制御信号（ｃ）によりオン・オフする昇圧スイッチ素子１０６により通電／遮断される。すなわち、昇圧スイッチ素子１０６は、昇圧コイル１０１への通電及び通電停止の切替えを行うものである。昇圧スイッチ素子１０６をマイナスサージから保護するために、寄生ダイオード１０５が昇圧スイッチ素子１０６と並列に存在する。
【００４５】
昇圧回路１００は、昇圧コイル１０１から昇圧スイッチ素子１０６に流れる電流（シャント抵抗通電電流Ａｓｈｕ）を検出するシャント抵抗素子１０２と、昇圧スイッチ素子１０６を遮断することによって昇圧コイル１０１に蓄えられたエネルギが発生させる高電圧を昇圧コンデンサ１０３に充電させる回路と、昇圧コンデンサ１０３からバッテリ電源１への逆流を防止する充電ダイオード１０４とを有する。
【００４６】
更に、昇圧回路１００は昇圧制御回路１２０を有する。昇圧制御回路１２０は、昇圧制御部１２９と、昇圧制御タイミング生成部（設定時間変更手段）１２２と、電圧検出部（電圧検出手段）１２１と、電流モニタ回路（電流検出手段）１２６から構成されている。
【００４７】
ここで、電圧検出部（電圧検出手段）１２１は、昇圧コイル１０１で昇圧された電圧Ｖｂｓｔを分圧抵抗１０７を介して分圧した電圧Ｖｓを検出するものである。また、電流検出回路（電流検出手段）１２６は、昇圧スイッチ素子１０６に流れる電流を検出するものであり、具体的には、シャント抵抗素子１０２に流れる電流を検出している。
【００４８】
制御回路５は、低周波発振器６により生成される昇圧基本クロックと、高周波発振器７により生成される高周波クロック信号を入力し、昇圧制御タイミング生成部（昇圧タイミング制御回路）１２２へ信号を出力する。
【００４９】
通常の昇圧動作は、駆動回路４が昇圧電圧Ｖｂｓｔの印加によってインジェクタ３に対しインジェクタ電流Ａｉｎｊの通電を行う。昇圧電圧Ｖｂｓｔが昇圧開始電圧ｂ１以下に低下したことを電圧検出部１２１が検出すると、昇圧制御部１２９が昇圧動作（昇圧制御）を開始する。昇圧動作開始後、昇圧制御部１２９は、昇圧スイッチ素子１０６を通電させるための昇圧制御信号（ｃ）をローからハイにする。これにより、昇圧コイル１０１にバッテリ電源１から電流が流れ、昇圧コイル１０１にエネルギが蓄積される。
【００５０】
昇圧コイル１０１に流れる電流はシャント抵抗素子１０２を流れる。この電流は、電流モニタ回路１２６によって電圧に変換され、電圧値による電流信号（ｐ）として比較器１３１に入力される。比較器１３１は、基準電圧（スイッチング停止電流値）と電流信号（ｐ）とを比較し、電流信号（ｐ）が基準電圧未満の場合にはハイ信号を昇圧制御部１２９に出力し、電流信号（ｐ）が基準電圧以上の（検出された電流が、スイッチング停止電流値に到達した）場合にはロー信号を昇圧制御部１２９に出力する。これにより、昇圧制御部１２９が、昇圧スイッチ素子１０２に、前記昇圧コイルへの通電停止をさせる。
【００５１】
比較器１３１の基準電圧は、閾値切替スイッチ１２７によって電圧レベルを変更することが可能である。これにより、スイッチング停止電流の値を変更することが可能である。
【００５２】
具体的には、図２に示されているように、比較器１３１の基準電圧を第一電圧閾値から第二電圧閾値に切り替える（すなわちスイッチング停止電流値（電流閾値）を切替える）と、電流信号（ｐ）の上限値は、第一の電流信号上限値ｐ１から第二の電流信号上限値ｐ２へ変化する。
【００５３】
これに伴い、昇圧コイル電流Ａｃｏｌの上限値も変化し、第一電圧閾値における昇圧コイル電流上限値ｄ２は、閾値切替スイッチ１２７を切り替えることによって、第二電圧閾値における昇圧コイル電流上限値ｄ４へ変化する。第一電圧閾値における昇圧コイル電流下限値ｄ１と第二電圧閾値における昇圧コイル電流下限値ｄ３も同じく、昇圧時の昇圧コイル電流Ａｃｏｌの振幅は保持されるため、両者は上位にシフトする。また、同じく、昇圧スイッチ素子１０６の電流Ａｓｗの上限値もｆ１からｆ２に変化する。
【００５４】
閾値切替スイッチ１２７による電圧閾値切り替えは、制御回路５からスイッチ切替信号（ｇ）を入力することにより、外部信号より行うことが可能になっている。
【００５５】
昇圧制御における昇圧コイル電流Ａｃｏｌの立下りは、時間で管理する場合と、電流で管理する場合とがある。
【００５６】
時間管理の場合は、図３に示すように、昇圧コイル電流Ａｃｏｌが昇圧コイル電流上限値に到達した後（スイッチ素子電流Ａｓｗ（検出された電流）が所定の値に到達した後）、昇圧制御部１２９が昇圧制御信号（ｃ）をハイからローに切り替えることにより、昇圧スイッチ素子１０６がオフ状態（通電停止状態）になり、昇圧コイル電流Ａｃｏｌが降下を始める。このとき、通電停止の時点（タイミング）からの経過時間を設定する（設定時間Ｔｄｏｗｎを設定する）。この設定時間Ｔｄｏｗｎは、通電停止後の昇圧コイル電流Ａｃｏｌに流れる電流の立下り特性により予め設定された時間である。この立下りの電流特性は、電流立下りの時間変化であり、通電停止後に所定の目標となる電流値まで立ち下がる時間であり、実験又は解析等により予め定めることができる。そして、昇圧制御タイミング生成部１２２の第一カウンタ１２３により通電停止の時点から予め設定した時間（所定の設定時間）Ｔｄｏｗｎがカウントされ、この所定の設定時間Ｔｄｏｗｎが経過すると、再び、昇圧制御信号（ｃ）をローからハイに切り替え、昇圧スイッチ素子１０６をオンさせる（昇圧スイッチ素子に昇圧コイルへの通電をさせる）ように、時間で管理する。このような時間管理のもと、昇圧制御部１２９から出力される昇圧制御信号（ｃ）により、昇圧スイッチ素子１０６に、昇圧コイル１０６への通電及び通電停止の切替えを繰返しさせる昇圧制御を行うことにより、連続的に昇圧動作を繰り返し実行できることが可能となる。この降下時間（設定時間）は可変であり、昇圧コイル電流下限値ｄ１あるいはｄ３が０Ａまで降下しない範囲で時間の変更が可能である。
【００５７】
これにより、昇圧回路１００を流れる電流の上限値と下限値の電流値の差を最小限に抑え、昇圧回路１００を流れる電流の単位時間当たりの電流値変化を最小限に抑えることができる。
【００５８】
また、昇圧制御時における通電停止の時点からの時間Ｔｄｏｗｎを設定し、これにより、昇圧回路中に流れる電流の下限値（昇圧コイル電流Ａｃｏｌの立下り）を設定時間Ｔｄｏｗｎで管理することで、昇圧コイル１０６に流れる昇圧コイル電流Ａｃｏｌを制御することができる。さらには、電源電圧から昇圧電圧の高電圧部分の電流検出回路を必要とする電流検出方式とは異なり、昇圧スイッチ素子１０６の上流側に流れる電流の下限値を検出する検出回路の追加を必要としない。
【００５９】
電流管理の場合は、昇圧コイル電流Ａｃｏｌの電流値をモニタする手法と同じ手法を用いて、昇圧コイル電流Ａｃｏｌをスイッチ素子１０６の上流でモニタすることにより、予め設定した昇圧コイル電流下限値ｄ１あるいはｄ３まで昇圧コイル電流Ａｃｏｌが降下したことを検出すると、再び昇圧制御信号（ｃ）をローからハイに切り替え、昇圧スイッチ素子１０６をオンすることで、この場合も連続して、昇圧動作を繰り返し実行するような昇圧制御を行うことが可能となる。
【００６０】
（実施例２）
実施例２では、昇圧電源装置が、図４に示されているように、昇圧制御タイミング生成部（設定時間変更手段）１２２により、昇圧駆動を繰返し実行する昇圧制御を行う際に、昇圧コイル電流下限値ｄ５を０Ａまで降下させない（所定の目標電流に収まるように下降させる）モード（実施例１に示すモード）と、０Ａまで降下させるモードと、に切り替える場合を示す。
【００６１】
実施例２では、図４に示されているように、昇圧制御タイミング生成部１２２が、実施例１（図３参照）の設定時間Ｔｄｏｗｎを、昇圧コイル電流下限値ｄ５を０Ａまで降下させないオフ時間ｋ１とし、これを第一の設定時間としてカウントする第一カウンタ（第一の時間設定手段）１２３と、実施例１の設定時間Ｔｄｏｗｎを、昇圧コイル電流下限値ｄ５を０Ａまで降下させるまでのオフ時間ｋ２として、これを第二の設定時間としてカウントする第二カウンタ（第二の時間設定手段）１２４とを備えている。さらに、これらのカウンタを選択的に切り替えることにより、第一の設定時間と第二の設定時間を切替えるカウンタ切替スイッチ（時間切替手段）１２８とが設けられている。
【００６２】
この場合、カウンタ切替スイッチ１２８の切り替えのために、制御回路５からスイッチ切替信号（ｒ）を入力することにより、モード切替を外部信号より行うことが可能になっている。
【００６３】
カウンタ切替スイッチ１２８を第一カウンタ１２３に接続し、昇圧動作を開始した場合には、昇圧スイッチ素子１０６は、オフ時間（第一の設定時間）ｋ１に従って昇圧動作を繰り返し、昇圧制御を行う。この場合昇圧コイル電流下限値ｄ５が０Ａまで降下しないようにカウンタ（時間）の設定を行っている。
【００６４】
これに対し、カウンタ切替スイッチ１２８を第二カウンタ１２４に接続すると、昇圧スイッチ素子１０６は、オフ時間ｋ１より長いオフ時間（第二の設定時間）ｋ２に従って昇圧動作を繰り返し、昇圧制御を行うようになる。この場合、オフ時間ｋ２はオフ時間ｋ１よりも長く設定されることにより、昇圧コイル電流Ａｃｏｌの下限値は０Ａまで降下する。
【００６５】
昇圧コイル電流Ａｃｏｌの上限値ｄ６については、カウンタ切替スイッチ１２８をどちらのカウンタに接続した場合でも、閾値切替スイッチ１２７を切り替えない限り変化しない。よって、第一カウンタ１２３から第二カウンタ１２４に切り替えた場合も、昇圧コイル電流Ａｃｏｌの上限値ｄ６は変化が無い。
【００６６】
以上より、昇圧コイル１０１に流れる電流は、０Ａまで降下せずに、昇圧時の電流変化量が少ない定電流駆動と、昇圧コイル電流下限値が０Ａまで降下する三角波駆動をカウンタ切替スイッチ１２８によって任意に変更することが可能である。
【００６７】
また、第一の設定時間ｋ１と第二の設定時間ｋ２を切替えることにより、昇圧回路中に流れる電流の下限値（昇圧コイル電流Ａｃｏｌの立下り）を管理することで、昇圧コイル１０６に流れる昇圧コイル電流Ａｃｏｌの下降量を制御することができる。また、本実施例では、第一の設定時間ｋ１と第二の設定時間ｋ２を２つ定めて、これらを切替えたが、回路の発熱状態などに応じて、それ以上の設定時間をさらに設けてもよく、これらの設定時間を連続的に可変にしてもよい。
【００６８】
（実施例３）
実施例３では、昇圧電源装置の昇圧回路１００が、昇圧コイル電流Ａｃｏｌを０Ａまで低下させ、図１に示されている低周波発振器６と高周波発振器７のクロック信号を用いて可変周期で昇圧動作を繰り返す場合を示す。
【００６９】
具体的には、図５に示されているように、低周波発振器６により生成される昇圧基本クロック（低周波クロック）（ｈ）を昇圧スイッチ素子１０６の駆動の１周期とし、昇圧コイル１０１の通電開始後、昇圧コイル電流Ａｃｏｌが予め設定された電流値ｄ７に到達したことが電流検出回路１３０によって検出されると、昇圧制御信号（ｃ）をハイからローに切り替え、昇圧スイッチ素子１０６をオフ状態にする。その後、昇圧コイル電流Ａｃｏｌを０Ａに保持し、昇圧基本クロック（ｈ）の１周期が経過した時点で、再び、昇圧制御信号（ｃ）をローからハイに切り替え、昇圧スイッチ素子１０６をオン状態（通電状態）にする。このような一連の動作を繰り返すことによって目的とする昇圧電圧を獲得しているのは、これまでと同じ駆動方式である。
【００７０】
これに対し、昇圧基本クロック（ｈ）は用いず、高周波発振器７によって生成される高周波クロック（ｉ）より昇圧通電タイミング信号（ｊ）を生成し、昇圧コイル１０１の電流Ａｃｏｌの上限値は、上記電流検出によって行うことによって、繰り返し昇圧動作を行うことができる。
【００７１】
このように、低周波発振器６と高周波発振器７（設定時間変更手段）により、低周波クロック（昇圧基本クロック）（ｈ）の信号又は高周波クロック（ｉ）の信号に基づいて、前記通電停止の時点から、前記昇圧コイルへの通電をさせるまでの前記所定時間を、可変にすることができる。
【００７２】
そして、昇圧基本クロック（ｈ）の周波数に対して、高周波クロック（ｉ）の周波数は、Ｎ倍（但し、Ｎは１を含む整数倍）であり、この周波数の出力信号によって、昇圧通電タイミング信号（ｊ）を生成することにより、昇圧スイッチ素子１０６の駆動周波数を可変設定することができる。
【００７３】
この場合、昇圧基本クロック（ｈ）による駆動では、昇圧駆動周期ｔ１１は昇圧基本クロック（ｈ）と一致する。これに対し、高周波クロック（ｉ）による昇圧通電タイミング信号（ｊ）を用いて昇圧スイッチ素子１０６を駆動させる場合には、高周波クロック（ｉ）のＮ倍の分解能をもって昇圧駆動周期ｔ１２を任意に変更することができる。
【００７４】
（実施例４）
実施例４による昇圧電源装置の昇圧回路１００は、昇圧電圧を可変設定する。実施例４では、図１に示されているように、昇圧電圧Ｖｂｓｔを分圧抵抗１０７によって分圧し、この分配によって得られる検出電圧Ｖｓを、電圧検出部１２１の比較器１３２が、基準電圧と比較する。
【００７５】
検出電圧Ｖｓが基準電圧（昇圧停止電圧（図６に示す電圧閾値ｍ２，ｍ４）よりも高い場合には、昇圧制御部１２９に昇圧動作を停止する指令を出して、昇圧制御部１２９は、前述したスイッチ素子１０６による昇圧動作を停止させる。
【００７６】
その後、インジェクタ３が開弁すると、昇圧電圧Ｖｂｓｔが降下を始める。そして、この昇圧電圧Ｖｂｓｔの低下により、昇圧電圧Ｖｂｓｔが、昇圧開始電圧ｂ１まで到達したことを電圧検出部１２１が検出電圧Ｖｓによって検出した場合（具体的には、検出電圧Ｖｓが低下して昇圧開始電圧ｍ１まで到達した場合）には、この検出結果に基づいて、昇圧制御部１２９は、前述如きスイッチ素子１０６への繰り返しの切替え制御（スイッチング制御）により、昇圧コイル１０１への通電／通電停止を繰り返しさせて、昇圧制御を行い、再び昇圧動作を開始させる。このような、昇圧動作の停止及び開始の一連の動作を繰り返すことによって、昇圧電圧Ｖｂｓｔを保持する作用が得られる。
【００７７】
さらに、図６に示されているように、昇圧停止電圧の閾値を閾値電圧切替スイッチ１２５を使って第３閾値電圧（停止電圧）ｍ２に設定した場合には、インジェクタ３の開弁によって低下した昇圧電圧Ｖｂｓｔを、昇圧停止電圧ｂ２まで復帰（昇圧）すべく、昇圧制御部１２９は、昇圧スイッチ素子１０６に、昇圧コイル１０１への通電／通電停止を繰り返しさせる。
【００７８】
この昇圧動作を実行している間に、昇圧停止電圧の閾値を閾値電圧切替スイッチ１２５を使って第４電圧閾値ｍ４に切り替えると、一度、昇圧電圧Ｖｂｓｔは、昇圧停止電圧ｂ２まで昇圧電圧を復帰する（昇圧される）が、次の電圧降下のタイミングで、第４電圧閾値ｍ４に切り替わる。よって、昇圧電圧Ｖｂｓｔにおいて２回目の昇圧電圧降下のタイミングで、第４電圧閾値ｍ４に切り替わっており、昇圧電圧Ｖｂｓｔは付随して昇圧停止電圧ｂ４まで復帰する（昇圧される）。
【００７９】
このように、本実施例では、昇圧電圧Ｖｂｓｔを可変にすることを、電圧検出部１２１の比較器１３２の基準電圧を閾値電圧切替スイッチ１２５によって切り替えることによって可能にしている。この閾値電圧切替スイッチ１２５の切り替えは、制御回路５がスイッチ切替信号ｎを出力することにより外部より行われる。
【００８０】
（実施例５）
実施例５による昇圧電源装置の昇圧回路１００は、図７に示されているように、昇圧スイッチ素子１０６を複数個並列に接続することにより、昇圧スイッチ素子１個当たりに流れる電流量を低減し、発熱を抑制している。なお、図７に示されている実施例は、昇圧スイッチ素子１０６を複数個並列に接続したこと以外は、図１の実施例と同一である。
【００８１】
この実施例では、並列接続の複数個の昇圧スイッチ素子１０６が昇圧制御部１２９によって一斉に駆動される構成となっている。昇圧スイッチ素子１０６の通電時、電流は昇圧スイッチ素子１０６の上流側から昇圧スイッチ素子１０６を経由して電源グランドに流れ込む。その際、昇圧スイッチ素子１０６を複数個導入することにより、昇圧スイッチ素子１０６の個数分、電流は分割されて通電される。
【００８２】
結果として、図８に示されているように、複数の昇圧スイッチ素子１０６に流れるスイッチ素子電流Ａｓｗの上限値ｆ３は、昇圧スイッチ素子を１個使った場合のスイッチ素子電流Ａｓｗの上限値ｆ１に比べて、低くなる。同じく、昇圧コイル電流Ａｃｏｌの上限値をｄ２からｄ４に変更した場合でも、電流はその個数分に分割されるので、スイッチ素子電流Ａｓｗの上限値はｆ２からｆ４に低下する。
【００８３】
以上のことから、昇圧スイッチ素子１０６を複数個導入することによって、昇圧スイッチ素子１個当たりに通電される電流量が低減し、昇圧スイッチ素子１０６の発熱を抑制することができる。
【００８４】
（実施例６）
実施例６による昇圧電源装置の要部を、図９を参照して説明する。本実施例の昇圧回路１００は、電流モニタ回路１２６に過電流検出用の保護回路を追加している。その他の構成は図１に示されている実施例のものと同じである。
【００８５】
通常、昇圧制御部１２９で生成された昇圧制御信号（ｃ）によって昇圧スイッチ素子１０６がオンになると、昇圧コイル１０１が昇圧され、電流検出用のシャント抵抗素子１０２に通電電流Ａｓｈｕが流れ、その電流は電流検出回路１３０によって検出される。
【００８６】
検出された電流値（電圧）が、電流検出回路１３０により、検出された電流値に応じた検出電圧値（ｐ）に変換される。この変換された検出電圧値（ｐ）が第一の基準電圧Ｖ１（スイッチング停止電流値に相当する電圧）に到達した場合、第一の電圧検出回路２０１は、スイッチング停止電流値に相当する電圧到達したことを検出し、この検出結果の出力信号である第一の電圧検出信号（ｕ）を出力する。この第一の電圧検出信号（ｕ）は、ウェイト時間生成回路２０３、判定回路（切替判定回路）２０４を介して昇圧制御部１２９へ送られる。
【００８７】
昇圧制御部１２９は、第一の電圧検出信号（ｕ）を受け取る度に昇圧制御信号（ｃ）をオフにする。実施例２と同様にして、昇圧制御信号（ｃ）のオフ時間ｋ１は、昇圧制御タイミング生成部１２２の内部カウンタによって時間カウントされる。
【００８８】
ここで、図１０に示すタイミングチャートを用いて本実施例による昇圧電源装置の作用について説明する。本装置のような定電流制御方式を実現させようとしたとき、つまり、シャント抵抗素子１０２に流れる電流Ａｓｈｕをある一定の値に保持するためには、昇圧制御信号（ｃ）のオフ時間ｋ１を短くする必要がある。
【００８９】
しかし、実際の回路では、昇圧コイル１０１や昇圧スイッチ素子１０６のオン抵抗やそれのばらつきなどで特性が変化し、昇圧制御部１２９で昇圧制御信号（ｃ）が生成されてから昇圧スイッチ素子１０６がオンになるまでの遅延や、駆動能力のばらつきにより、昇圧制御信号（ｃ）が完全にオフしない状態が生じる可能性がある。
【００９０】
電流検出回路１３０の出力である電流信号（ｐ）が示す電圧が第一の基準電圧Ｖ１よりも高いと、第一の電圧検出回路２０１が出力する第一の電圧検出信号（ｕ）はハイに切り替わっているため、昇圧制御部１２９内のロジック信号（ｓ）はローに切り替るが、昇圧制御信号（ｃ）のオフ時間が短いため、シャント抵抗素子１０２に流れる電流Ａｓｈｕは下がりきらない。このため、最終的にはシャント抵抗素子１０２に大電流が流れることになる。このように、大電流が流れ続けると、昇圧スイッチ素子１０６、昇圧コイル１０１、シャント抵抗素子１０２の発熱もしくは破壊につながる虞がある。
【００９１】
図１１は、本回路を用いたときの起動時のタイミングチャートである。前述した通り、昇圧制御部１２９で生成された昇圧制御信号（ｃ）によって、昇圧スイッチ素子１０６がオンになり、シャント抵抗素子１０２に通電され、電流検出回路１３０より出力された電流信号（ｐ）が示す電圧が第一の基準電圧Ｖ１に到達した場合、設定されたオフ時間ｋ３の間、昇圧スイッチ素子１０６はオフすることになる。
【００９２】
ここで、昇圧スイッチ素子１０６がオフされてから昇圧コイル１０１に流れる電流Ａｃｏｌが下がる傾きｄｉ／ｄｔは、バッテリ電源電圧ＶＢと昇圧電圧Ｖｂｕｔと昇圧コイル１０１のインダクタンスＬにより、ｄｉ／ｄｔ＝（ＶＢ−Ｖｂｕｔ）／Ｌで表される。
【００９３】
しかし、起動時の昇圧電圧Ｖｂｕｔは、バッテリ電源電圧ＶＢよりも小さいため、起動時のｄｉ／ｄｔは、十分に昇圧されている状態よりも小さくなる。
【００９４】
よって、起動時の昇圧コイル１０１の通電電流下降傾きは、昇圧スイッチ素子１０６をオフにしても、昇圧コイル１０１に流れる電流Ａｃｏｌは下がりにくくなり、図１０と同様に、第一の基準電圧Ｖ１よりも高い電圧が出力されていて第一の電圧検出回路２０１が出力する第一の電圧検出信号（ｕ）はハイに切り変わっているため、昇圧制御部１２９内のロジック信号（ｓ）はローに切り替わるが、シャント抵抗素子１０２に流れる電流は下がりきらず、最終的にはシャント抵抗素子１０２に大電流が流れることになる。大電流が流れ続けると、昇圧スイッチ素子１０６、昇圧コイル１０１、シャント抵抗素子１０２の発熱もしくは破壊につながることになる。
【００９５】
そこで、本実例では、検出電圧値が第二の基準電圧Ｖ２に到達した場合に、第二の電圧検出回路（過電流検出回路）２０１は、昇圧用コイルに流れる電流が過電流である検出結果の出力信号、つまり過電流検出信号（ｗ）を出力し、この過電流検出信号（ｗ）は、判定回路（切替判定回路）２０４に送られるように構成されている。また、過電流検出信号（ｗ）は、診断回路２０５にも送られ、この診断回路２０５は、過電流検出信号（ｗ）の出力に応じて、回路が異常状態にあることを示す信号ＤＦを出力するように構成されている。
【００９６】
そして、判定回路２０４の信号に基づいて、昇圧制御部１２９のロジック信号生成回路２１１は、昇圧制御信号（ｃ）のベースとなるロジック信号を生成し、アナログ信号生成回路２１２は、このロジック生成信号から、昇圧スイッチ素子１０６を駆動させるアナログ信号である昇圧制御信号（ｃ）を生成し、この生成した昇圧制御信号（ｃ）を昇圧スイッチ素子１０６に出力するように構成されている。
【００９７】
このように、構成することで、シャント抵抗素子１０２に大電流が流れた場合には、電流検出回路１３０で検出された電流信号（ｐ）が示す電圧が第一の基準電圧Ｖ１を超え、第二の基準電圧Ｖ２に到達したとき、電流検出回路１３０の出力である電流信号（ｐ）を入力し、第二の電圧検出回路２０２から過電流検出信号（ｗ）を出力する。過電流検出信号（ｗ）と第一の電圧検出回路２０１の出力である第一の電圧検出信号（ｕ）は判定回路２１７に入力され、判定回路２１７による判定に応じて電流検出出力信号（ｙ）が昇圧制御部１２９に入力される。
【００９８】
過電流検出信号（ｗ）がハイ（過電流である結果の出力信号）で判定回路２０４に入力された場合には、判定回路２０４は、過電流検出信号（ｕ）を優先し、通常のオフ時間（第一の設定時間）ｋ１から過電流時のオフ時間であるオフ時間（第二の設定時間）ｋ２に設定時間を切り替え、昇圧制御信号（ｃ）のオフ時間は通常よりも長くなる。結果的にシャント抵抗素子１０２に流れる電流Ａｃｏｌが下がる。これによって、昇圧スイッチ素子１０６、昇圧コイル１０１、シャント抵抗素子１０２の発熱もしくは破壊を防止することができる。
【００９９】
このような過電流検出時における昇圧制御は、実施例２に示した昇圧制御タイミング生成部１２２を用いて、昇圧スイッチ素子１０６の切替を行うことができる。
【０１００】
すなわち、図１０及び１１に示すように、昇圧制御において、過電流が検出されるまでは、昇圧コイル電流下限値を０Ａまで降下させないオフ時間（第一の設定時間）ｋ１に従って昇圧動作を行い、過電流が検出されたときは、昇圧コイル電流下限値ｄ５を０Ａまで降下させるまでのオフ時間を第二の設定時間ｋ２に従って、昇圧コイル１０１に流れる電流を制限する（一次的に低下させる）。
【０１０１】
ところで、実際の電流検出回路１３０にはアナログ遅延があり、昇圧スイッチ素子１０６がオンになり、シャント抵抗素子１０２に電流を通電してから、ある程度の遅延後、電流信号（ｐ）が立ち上がる。つまり、電流信号（ｐ）が示す電圧が第一の基準電圧Ｖ１よりも高く、過電流検出をする所定の電圧Ｖ２まで到達している場合でも、アナログ遅延のため、第一の基準電圧Ｖ１に到達する方が先になるため、判定回路２０４では過電流検出信号（ｗ）が入力される前に判定が行われ、電流検出出力信号（ｙ）が出力される。このため、過電流時でも、昇圧制御信号（ｃ）のオフ時間は切り替わることなく、大電流が流れ続けることになる。
【０１０２】
そこで、図１２に示すように、電流信号（ｐ）が示す電圧が第一の基準電圧Ｖ１を超えた場合、出力された第一の電流検出信号（ｕ）の後段のウェイト時間生成回路（信号遅延手段）２０３により、第一の電流検出信号（ｕ）と過電流検出信号過電流検出信号（ｗ）とのタイミングを合わせるために、ある所定のウェイト時間Ｔｗ１をもたせる。これによって、過電流検出信号（ｗ）が出力されるタイミングまで待ち状態になり、ウェイト時間Ｔｗ１後の検出信号、つまり第一の電流検出信号（ｕ’）と過電流検出信号（ｗ）とで判定される。
【０１０３】
また、この実施例においては、第二の電圧検出回路２０２が出力する過電流検出信号（（ｗ）が診断回路２０５に入力される構成となっている。これにより、過電流検出信号（ｗ）が第二の電圧検出回路２０２より出力されると、診断回路２０５は診断フラグＤＦをハイレベルにし、電流モニタ回路１２６から異常信号を出力することが可能となる。
【０１０４】
（実施例７）
実施例７による昇圧電源装置の要部を、図１３、図１４を参照して説明する。図１３に示されているように、本実施例では、昇圧スイッチ素子１０６の前段に、つまり、昇圧スイッチ素子１０６と昇圧制御部（駆動信号生成回路）１２９との間に、スイッチ素子２１９が設けられている。駆動信号生成回路１２９は、前述したような、昇圧スイッチ素子１０６の切替えを行うためのパルス状の出力信号を生成する回路である。
【０１０５】
スイッチ素子２１９は、ハイサイドとローサイドとにスイッチ素子２１９Ｈ、２１９Ｌを設置され、プッシュプル回路を構成している。スイッチ素子２１９として、ハイサイドにＰｃｈＭＯＳ、ローサイドにＮｃｈＭＯＳあるいはｎｐｎとｐｎｐのバイポーラトランジスタか、ＩＧＢＴを実装することになる。この素子構成は昇圧回路仕様によって最適なものが選択設定されればよい。
【０１０６】
昇圧制御部１２９は、反転回路と非反転回路を含むロジック信号生成回路２１１を有し、ロジック信号切替部（切替回路）２２１によって電流モニタ回路１２６よりの入力されたパルス信号の反転と非反転を行うことができる。すなわち、結果として、駆動信号生成回路の出力信号である昇圧制御信号を反転又は非反転に切替えることになる。ロジック信号切替部２２１は外部の切替信号（ｘ）によって切り替え可能である。なお、スイッチ素子２１９を実装しない場合には、ロジック信号切替部２２１を使用しない場合もある。
【０１０７】
シャント抵抗素子１０２を流れる電流であるシャント抵抗通電電流Ａｓｈｕを電流モニタ回路１２６によって検出し、当該シャント抵抗通電電流Ａｓｈｕに基づくロジック信号（ｓ）、つまり比較器１３１の出力信号（図１参照）が昇圧制御部１２９に入力される。昇圧制御部１２９に入力されてロジック信号（ｓ）は、昇圧制御部１２９の内部回路によるロジック信号生成回路２１１を経由してアナログ信号生成回路２１２に渡される。アナログ信号生成回路２１２は、ロジック信号（ｓ）を昇圧制御信号（ｃ）に変換し、昇圧制御信号（ｃ）を昇圧スイッチ素子１０６に入力する。
【０１０８】
前述の通り、本回路のような定電流制御方式を実現させようとしたとき、つまり、シャント抵抗素子１０２に流れるシャント抵抗通電電流Ａｓｈｕをある一定の値に保持するためには、昇圧制御信号（ｃ）のオフ時間を短くする必要がある。オフ時間を短くすると、昇圧スイッチ素子１０６の駆動スイッチング周波数が増加し、昇圧制御部１２９の発熱を増加させる傾向にある。
【０１０９】
このことに対して、図１３に示されているように、昇圧スイッチ素子１０６とスイッチ素子２１９とを直列に設置することにより、スイッチ素子２１９で発熱させ、昇圧制御部１２９にかかる発熱量を低減することができる。この場合、昇圧制御部１２９の出力である昇圧制御信号（ｃ）は、元信号を反転させた信号になる。そのため、ロジック信号生成回路２１１内にロジック信号切替部２２１が設けられ、ロジック信号（ｓ）の反転または非反転をする。
【０１１０】
一般的に、ロジック信号生成回路２１１を動作させる電源は、バッテリ電源１の電圧ＶＢよりも低い電圧（ロジック動作電圧）であり、この電圧をロジック動作電圧生成回路２２５が生成する。ロジック動作電圧はバッテリ電源電圧により生成するため、バッテリ電源１が起動してからロジック動作電圧生成回路２２５によってロジック動作電圧が生成されるのに遅延が生じる。つまり、図１４に示されているように、ロジック動作可能タイミングｔ２１からロジック動作開始タイミングｔ２２の間の遅延時間ＴＷ２が生じる。
【０１１１】
しかし、上述のロジック信号切替部２２１を設け、かつロジック信号（ｓ）を反転させた状態では、上述の遅延時間ＴＷ２の間、昇圧制御信号（ｃ）はローのままとなり、昇圧スイッチ素子１０６に大電流が流れる可能性がある。
【０１１２】
そこで、図１３に示されているように、プルアップ／プルダウン抵抗素子２２３，プルアップ／プルダウン切替回路２２４をアナログ信号生成回路２１２の後段に追加し、反転・非反転の切替タイミングで、ロジック信号生成回路２１１に同期して、昇圧制御信号（ｃ）（駆動信号生成回路の出力信号）をプルアップもしくはプルダウンにすることにより、起動時に大電流が流れるのを防止している。
【０１１３】
上述の実施例による昇圧電源装置は、各機能を集積化した回路構成より可能としたもの、各機能を外部回路により可能としたもの、各機能をコンピュータプログラムの実行によるソフトウェアにより可能としたもののいずれによっても構成することができる。
【０１１４】
以上、本発明の実施の形態を図面を用いて詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更があっても、それらは本発明に含まれるものである。
【産業上の利用可能性】
【０１１５】
本発明による内燃機関の制御装置は、ガソリンや軽油等を燃料とする自動車、オートバイ、農耕機、工作機械、船舶機等において、バッテリ電圧を昇圧した高電圧を使って負荷を駆動するための電源装置として好適であり、特に、気筒内直接噴射型インジェクタのための昇圧電源装置として用いることができる。
【０１１６】
気筒内直接噴射型インジェクタは、ソレノイドを動力源とした電気的にインダクタンス成分を有するものだけでなく、ピエゾ素子を動力源とした電気的にコンデンサ成分を有するものを駆動し、これらによって低下した高電圧を昇圧回路のスイッチング動作により補充する方式にも適用することができるものである。
【符号の説明】
【０１１７】
１ バッテリ電源
３ インジェクタ
４ 駆動回路
５ 制御回路
６ 低周波発振器
７ 高周波発振器
１００ 昇圧回路
１０１ 昇圧コイル
１０２ シャント抵抗素子
１０３ 昇圧コンデンサ
１０４ 充電ダイオード
１０５ 寄生ダイオード
１０６ 昇圧スイッチ素子
１２０ 昇圧制御回路
１２１ 電圧検出部
１２２ 昇圧タイミング制御回路（昇圧制御タイミング生成部）
１２６ 電流モニタ回路
１２８ カウンタ切替スイッチ
１２９ 昇圧制御部
２０１ 第一の電圧検出回路
２０２ 第二の電圧検出回路
２０３ ウェイト時間生成回路
２０４ 判定回路
２１１ ロジック信号生成回路
２１２ アナログ信号生成回路
２１９ スイッチ素子
２２４ プルアップ／プルダウン切替回路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バッテリ電源の電圧を昇圧する昇圧コイルと、該昇圧コイルへの通電及び通電停止の切替えを行う昇圧スイッチ素子と、該昇圧スイッチ素子に流れる電流を検出する電流検出手段と、を備え、前記昇圧スイッチ素子の切替えを繰返すことにより昇圧制御をし、前記昇圧コイルで昇圧された電圧をダイオードを介して昇圧コンデンサに充電する内燃機関の制御装置であって、
該制御装置は、前記昇圧制御において、前記検出された電流が、スイッチング停止電流値に到達したときに、前記昇圧スイッチ素子に、前記昇圧コイルへの通電停止をさせ、
該通電停止の時点から、所定の設定時間経過後に、前記昇圧スイッチ素子に、前記昇圧コイルへの通電をさせることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記スイッチング停止電流値を変更する切替スイッチを備えることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記設定時間を変更する設定時間変更手段を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記設定時間変更手段は、前記設定時間を、前記通電停止の時点から前記昇圧コイルに流れる電流を零アンペアまで降下させない第一の設定時間に設定する第一の時間設定手段と、前記設定時間を、前記通電停止の時点から前記昇圧コイルに流れる電流を零アンペアまで降下させる第二の設定時間に設定する第二の時間設定手段と、前記第一の設定時間と第二の設定時間を切替える時間切替手段と、を備えることを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記設定時間変更手段は、低周波クロック信号又は高周波クロック信号に基づいて、前記設定時間を変更することを特徴とする請求項３又は４に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項６】
前記制御装置は、前記昇圧コイルで昇圧された電圧を検出する電圧検出手段を備え、前記検出された電圧が低下して、所定の昇圧開始電圧に到達したときに、前記昇圧制御を開始し、前記検出電圧が上昇して、所定の昇圧停止電圧に到達したときに、前記昇圧制御を終了することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
【請求項７】
前記制御装置は、前記昇圧停止電圧の値を変更する電圧切替えスイッチを備えることを特徴とする請求項６に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項８】
前記昇圧スイッチ素子が複数個並列に接続されていることを特徴とする請求項１から７の何れか一項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項９】
前記検出された電流に基づいて、前記昇圧スイッチ素子の切替えを制御することにより、前記昇圧コイルに流れる電流を制限する保護回路を有することを特徴とする請求項１から８の何れか一項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項１０】
前記保護回路は、前記検出された電流に基づいて、前記昇圧用コイルに流れる電流が過電流であることを検出する過電流検出回路を備え、該過電流検出回路の検出結果に基づいて、前記昇圧スイッチ素子の切替えを制御することを特徴とする請求項９に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項１１】
前記過電流検出回路が、過電流を検出した場合には、前記時間切替手段が、前記第一の設定時間から、第二の設定時間に、前記設定時間を切替えることを特徴とする請求項１０に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項１２】
前記検出された電流が、前記スイッチング停止電流値に到達したことを検出する検出回路と、該検出回路の出力信号及び前記過電流検出回路の出力信号に基づいて、前記設定時間の切替の判定を行う切替判定回路と、前記検出回路から前記切替判定回路に入力される前記出力信号の入力タイミングを、所定時間遅らせて、前記切替判定回路に入力するウェイト時間生成回路と、を備え、前記切替判定回路の判定結果に基づいて、前記時間切替手段が、前記設定時間の切替を行うことを特徴とする請求項１１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項１３】
前記過電流を検出した際に、該制御装置が異常である信号を出力する診断手段を備えることを特徴とする請求項１０から１２の何れか一項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項１４】
前記昇圧スイッチ素子と、該昇圧スイッチ素子の前記切替えを行うためのパルス状の出力信号を生成する駆動信号生成回路と、の間に、発熱抑制用のスイッチ素子をさらに備えることを特徴とする請求項１から１３の何れか一項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項１５】
前記駆動信号生成回路の出力信号を反転又は非反転に切替える切替回路を有することを特徴とする請求項１４に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項１６】
前記駆動信号生成回路の出力信号を、前記出力信号の切替タイミングで、プルアップもしくはプルダウンさせることを特徴とする請求項１５に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項１】
バッテリ電源の電圧を昇圧する昇圧コイルと、該昇圧コイルへの通電及び通電停止の切替えを行う昇圧スイッチ素子と、該昇圧スイッチ素子に流れる電流を検出する電流検出手段と、を備え、前記昇圧スイッチ素子の切替えを繰返すことにより昇圧制御をし、前記昇圧コイルで昇圧された電圧をダイオードを介して昇圧コンデンサに充電する内燃機関の制御装置であって、
該制御装置は、前記昇圧制御において、前記検出された電流が、スイッチング停止電流値に到達したときに、前記昇圧スイッチ素子に、前記昇圧コイルへの通電停止をさせ、
該通電停止の時点から、所定の設定時間経過後に、前記昇圧スイッチ素子に、前記昇圧コイルへの通電をさせることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記スイッチング停止電流値を変更する切替スイッチを備えることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記設定時間を変更する設定時間変更手段を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記設定時間変更手段は、前記設定時間を、前記通電停止の時点から前記昇圧コイルに流れる電流を零アンペアまで降下させない第一の設定時間に設定する第一の時間設定手段と、前記設定時間を、前記通電停止の時点から前記昇圧コイルに流れる電流を零アンペアまで降下させる第二の設定時間に設定する第二の時間設定手段と、前記第一の設定時間と第二の設定時間を切替える時間切替手段と、を備えることを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記設定時間変更手段は、低周波クロック信号又は高周波クロック信号に基づいて、前記設定時間を変更することを特徴とする請求項３又は４に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項６】
前記制御装置は、前記昇圧コイルで昇圧された電圧を検出する電圧検出手段を備え、前記検出された電圧が低下して、所定の昇圧開始電圧に到達したときに、前記昇圧制御を開始し、前記検出電圧が上昇して、所定の昇圧停止電圧に到達したときに、前記昇圧制御を終了することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。
【請求項７】
前記制御装置は、前記昇圧停止電圧の値を変更する電圧切替えスイッチを備えることを特徴とする請求項６に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項８】
前記昇圧スイッチ素子が複数個並列に接続されていることを特徴とする請求項１から７の何れか一項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項９】
前記検出された電流に基づいて、前記昇圧スイッチ素子の切替えを制御することにより、前記昇圧コイルに流れる電流を制限する保護回路を有することを特徴とする請求項１から８の何れか一項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項１０】
前記保護回路は、前記検出された電流に基づいて、前記昇圧用コイルに流れる電流が過電流であることを検出する過電流検出回路を備え、該過電流検出回路の検出結果に基づいて、前記昇圧スイッチ素子の切替えを制御することを特徴とする請求項９に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項１１】
前記過電流検出回路が、過電流を検出した場合には、前記時間切替手段が、前記第一の設定時間から、第二の設定時間に、前記設定時間を切替えることを特徴とする請求項１０に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項１２】
前記検出された電流が、前記スイッチング停止電流値に到達したことを検出する検出回路と、該検出回路の出力信号及び前記過電流検出回路の出力信号に基づいて、前記設定時間の切替の判定を行う切替判定回路と、前記検出回路から前記切替判定回路に入力される前記出力信号の入力タイミングを、所定時間遅らせて、前記切替判定回路に入力するウェイト時間生成回路と、を備え、前記切替判定回路の判定結果に基づいて、前記時間切替手段が、前記設定時間の切替を行うことを特徴とする請求項１１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項１３】
前記過電流を検出した際に、該制御装置が異常である信号を出力する診断手段を備えることを特徴とする請求項１０から１２の何れか一項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項１４】
前記昇圧スイッチ素子と、該昇圧スイッチ素子の前記切替えを行うためのパルス状の出力信号を生成する駆動信号生成回路と、の間に、発熱抑制用のスイッチ素子をさらに備えることを特徴とする請求項１から１３の何れか一項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項１５】
前記駆動信号生成回路の出力信号を反転又は非反転に切替える切替回路を有することを特徴とする請求項１４に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項１６】
前記駆動信号生成回路の出力信号を、前記出力信号の切替タイミングで、プルアップもしくはプルダウンさせることを特徴とする請求項１５に記載の内燃機関の制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２０１０−２２９８７７（Ｐ２０１０−２２９８７７Ａ）
【公開日】平成２２年１０月１４日（２０１０．１０．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−７７４４２（Ｐ２００９−７７４４２）
【出願日】平成２１年３月２６日（２００９．３．２６）
【出願人】（５０９１８６５７９）日立オートモティブシステムズ株式会社 (2,205)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１０月１４日（２０１０．１０．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月２６日（２００９．３．２６）
【出願人】（５０９１８６５７９）日立オートモティブシステムズ株式会社 (2,205)
【Ｆターム（参考）】
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